Lengan Robot Berbiaya Rendah

 (github.com/AlexanderKoch-Koch)
2 poin oleh GN⁺ 2024-04-03 | 1 komentar | Bagikan ke WhatsApp
  • Repositori Low-Cost Robot Arm menyediakan file untuk membuat dan mengendalikan lengan robot yang bisa dibangun dengan biaya sekitar $250, dan dengan menambahkan leader arm terpisah, follower arm dapat dioperasikan dalam konfigurasi total sekitar $430
  • follower arm menggunakan kombinasi servo Dynamixel XL430 dan XL330; XL430 dipakai pada dua sendi pertama, sedangkan XL330 yang ringan di 18g digunakan agar lengan tetap ringan dan cepat
  • U2D2 adapter dari Dynamixel mahal dan memiliki latensi tinggi, sehingga build ini memakai Waveshare Serial Bus Servo Driver Board yang lebih murah dan tetap bisa dikendalikan dengan Dynamixel SDK
  • Pembuatan memerlukan 3D printing, pengaturan baudrate 1M untuk tiap motor, penetapan servo ID, dan penyetelan voltage reducer; tegangan input XL330 dicek di Dynamixel Wizard lalu disesuaikan ke 5V
  • leader arm hanya memakai motor 5V sehingga perakitannya lebih sederhana, dan kedua lengan dapat diuji dengan teleoperation.py, sementara simulation.py dapat menjalankan lingkungan simulasi dasar MuJoCo

Gambaran Proyek

  • Repositori Low-Cost Robot Arm berisi file untuk membuat dan mengendalikan lengan robot berbiaya rendah
  • Biaya dasar follower arm sekitar $250, dan jika ditambah leader arm perlu sekitar $180 lagi sehingga total konfigurasinya menjadi $430
  • Daftar tunggu untuk menerima semua komponen dalam satu paket tersedia di https://tau-robotics.com/robots
  • Desain leader arm terinspirasi dari proyek GELLO, tetapi disederhanakan agar lebih mudah dibuat
  • Lengan robot ini cocok untuk robot learning, dan jika memakai dua unit bahkan bisa untuk melipat pakaian

Servo dan Metode Kendali

  • follower arm menggunakan motor servo Dynamixel XL430 dan Dynamixel XL330
    • XL430 hampir dua kali lebih kuat daripada XL330 dan digunakan pada dua sendi pertama
    • XL330 lebih lemah, tetapi ringan di 18g per unit sehingga membuat lengan lebih ringan dan cepat
  • Dynamixel menjual U2D2 adapter untuk menghubungkan servo ke komputer, tetapi build ini memakai papan adapter yang lebih murah karena masalah biaya dan latensi
  • Lengan robot dapat dikendalikan dengan Dynamixel SDK
    • Perintah instalasi: pip install dynamixel-sdk

Konfigurasi Follower Arm

  • Total biaya komponen follower arm dirangkum sebesar $258
  • Komponen utamanya adalah sebagai berikut
    • 2x Dynamixel XL430-W250: $100
    • 4x Dynamixel XL330-M288: $96
    • XL330 Idler Wheel: $10
    • XL430 Idler Wheel: $7
    • Waveshare Serial Bus Servo Driver Board: $10
    • Voltage Reducer: $10
    • 12V Power Supply: $12
    • Table Clamp: $6
    • Wires: $7
  • Di toko Robotis biasanya ada kode diskon 10%
  • Menambahkan grip tape pada gripper bisa membantu
  • Untuk menghubungkan servo driver board ke komputer diperlukan kabel USB-C

Alur Perakitan Follower Arm

  • Video perakitan tersedia di https://youtu.be/RckrXOEoWrk
  • Semua komponen dicetak dengan printer 3D
    • File STL ada di hardware/follower/stl
    • Komponen dirancang agar mudah dicetak, dan hanya bagian bergerak pada gripper yang memerlukan support
  • Tahap pemindaian motor adalah sebagai berikut
    • Hubungkan driver board ke komputer dan seharusnya berfungsi di Linux dan MacOS
    • Periksa nama perangkat dengan ls /dev/tty.* seperti pada contoh MacOS
    • Pindai tiap motor satu per satu dengan Dynamixel Wizard
    • Atur baudrate semua motor ke 1M
    • Atur servo ID dari 1 sampai 5, dari bahu hingga gripper; jika memakai elbow-to-wrist extension, atur hingga 6
  • Pada tahap perakitan, pasang servo pada posisi yang sama seperti di CAD, dan servo horn harus berada pada posisi dasar saat dikencangkan dengan sekrup
  • Pada konfigurasi daya, lakukan penyolderan pada voltage reducer, lalu pasang ke driver board dan base sebelum dihubungkan
    • Input voltage reducer dihubungkan ke port V dan G pada driver board
    • Output serta port D yang tersisa pada driver board dihubungkan ke elbow servo
    • Setelah terhubung ke servo XL330, periksa tegangan input di Dynamixel Wizard dan putar sekrup pada voltage reducer hingga disesuaikan ke 5V

Leader Arm dan Simulasi

  • Total biaya komponen leader arm adalah $183
  • Komponen utamanya adalah sebagai berikut
    • 6x Dynamixel XL330-M077: $144
    • XL330 Frame: $7
    • XL330 Idler Wheel: $10
    • Waveshare Serial Bus Servo Driver Board: $10
    • 5V Power Supply: $6
    • Table Clamp: $6
  • leader arm lebih sederhana dirakit karena semua motor menggunakan 5V
  • Gripper diganti dengan handle dan trigger
  • Saat digunakan, trigger dapat dibuat terbuka secara default dengan memberi torque kecil padanya
    • Desain GELLO menggunakan pegas untuk ini, tetapi perakitannya jauh lebih sulit
  • Lengan dapat diuji dengan skrip teleoperation.py
    • Namun, nama perangkat mungkin perlu disesuaikan
  • Menjalankan simulation.py memungkinkan penggunaan lingkungan simulasi dasar MuJoCo

Bacaan terkait

1 komentar

 
GN⁺ 2024-04-03
Pendapat di Hacker News

  • Saya mulai membuat lengan robot berukuran serupa. Saya punya teman lama yang bekerja sebagai perajin kaca, jadi saya sedang mempertimbangkannya untuk membuat liontin kaca berfaset
    Teman saya memang punya mesin pemroses faset, tetapi masih manual
    Bagian yang sulit adalah presisi pengulangan. Toleransinya harus ketat, dan tiap sendi lengan memperbesar galat seiring makin jauh dari basis. Jika basis bergoyang 1 mm, ujung lengan pada jarak 20 cm akan bergoyang 4 mm, dan lengan setelahnya akan makin besar lagi
    Untuk penggunaan pemrosesan faset, dibutuhkan resolusi yang jauh lebih halus daripada servo tanpa reduksi. Reduksi itu rumit; untuk menjaga sendi tetap kaku diperlukan backlash, tetapi tidak boleh sampai gesekannya terlalu besar saat bergerak. Worm gear lambat dan terlalu kaku, jadi kurang cocok, dan untuk roda gigi di dalam lengan, reduksi sikloidal tampaknya paling baik. Menjepit kaca cukup berbahaya, jadi juga perlu servo sungguhan dengan umpan balik tertentu
    Saya memperkirakan biaya pembuatan sekitar 1–2 ribu dolar, dan sebagian besar adalah biaya reduktor

    • Salah satu hal menakjubkan dari robot industri adalah seberapa tinggi kekakuannya saat berhenti. Ketika kecepatan dan beban meningkat, sistem pengereman juga menjadi tantangan yang sulit
      Bahkan setelah perangkat kerasnya entah bagaimana dibuat berfungsi, membuat pemecah kinematika bekerja dengan benar adalah tantangan yang sangat besar. Ada banyak kasus pengecualian, harus menangani umpan balik real-time, dan juga harus menyeimbangkan kegunaan dengan keandalan. Di sinilah perusahaan robot mengenakan harga mahal, dan itu memang pantas
      Jika bisa mengganti lengan robot dengan struktur gerak yang lebih sederhana tanpa membuatnya, sebaiknya lakukan itu. Namun jika tetap membuatnya, itu benar-benar luar biasa
    • Dulu saya pernah mengerjakan proyek serupa, sebuah lengan robot yang mendorong batas performa di kisaran beberapa ribu dolar. Dengan motor stepper dan reduktor yang backlash-nya cukup rendah, hasilnya cukup bagus
      Sebagai referensi, desainnya mencoba memodelkan lengan manusia sampai tingkat tertentu, dan mencapai presisi pengulangan sekitar 1 mm dengan beban 2,5 kg pada jangkauan sekitar 80 cm
      Secara spesifik, tergantung kebutuhan beban end effector, NEMA34, 24, dan 17 bisa dicampur. Sendi bagian depan memakai motor yang lebih besar. Jika ada anggaran, bisa memakai reduktor sikloidal atau harmonic; jika tidak, tiap aktuator (motor+driver+reduktor+kopling poros) kira-kira sekitar 100–200 dolar tergantung pemasok dan kebutuhan. Sistem closed-loop menambah sekitar 50 dolar. Dari sisi harga, itu tidak terlalu buruk. Untuk sendi basis, diperlukan reduktor silindris lebar yang mendistribusikan beban dengan lebih baik
      Jika bisa bekerja sama dengan bengkel pemesinan, menurut saya bisa dibuat dengan kualitas cukup tinggi. Contoh referensi desainnya seperti di bawah, dan sebagian bahkan tampak lebih bagus daripada yang bisa saya buat sebagai pembuat hobi
      https://www.youtube.com/watch?v=7z6rZdYHYfc Ini luar biasa. Jika versi yang lebih kecil dan ringan digerakkan perlahan, goyangan basis akan lebih berkurang
      https://www.youtube.com/shorts/II8gdIXPgaE Lebih mirip dengan postingan asli
      https://www.youtube.com/shorts/_x7P9eZCkVM
      https://www.youtube.com/watch?v=g9AfhqOd-_I Ini yang paling profesional dari yang pernah saya lihat, dan BOM-nya hampir pasti di bawah 3 ribu dolar, mungkin di bawah 1 ribu dolar di Tiongkok. Keren sekali sampai saya berpikir untuk mengirim email ke perusahaan ini dan menanyakan apakah mereka menjual model yang lebih kecil
      https://www.youtube.com/watch?v=iB2NAgfVjIs Chris Annin juga wajib dilihat. Menurut saya dia salah satu ahli robotika AS yang paling baik dalam membuat robot motor stepper open-source berbiaya rendah
    • Tidak bisakah ini diselesaikan dengan perangkat lunak alih-alih perangkat keras mahal?
      Ide yang pernah saya pikirkan adalah lengan yang dibuat dari komponen murah dan “goyah” menangani gerakan besar, lalu di ujungnya ditambahkan stage dengan rentang gerak kecil tetapi bisa dikendalikan dengan sangat presisi
      Terakhir, tambahkan cara untuk melacak dengan sangat presisi seberapa jauh posisi aktual alat menyimpang dari posisi target. Misalnya bisa berupa kamera yang dipasang pada alat
      Dengan begitu, loop umpan balik perangkat lunak bisa melacak deviasi alat dan mengimbanginya dengan stage “koreksi” di ujung
      Namun saya tidak tahu apakah ini benar-benar akan berhasil. Waktu yang dibutuhkan untuk “mengimbangi” juga menjadi masalah. Kasus seperti pick-and-place, yang penting akhirnya tiba di posisi target di ujung lintasan, berbeda dengan kasus seperti etsa atau pengelasan, yang harus menjaga deviasi di bawah batas maksimum sepanjang seluruh lintasan
    • Saya sering memikirkan hal semacam ini tetapi belum sempat meluangkan waktu. Mungkinkah kita membuat lengan di dalam Nvidia Omniverse, menambahkan umpan balik seperti sensor jarak/sudut beresolusi tinggi yang murah, lalu melatih model machine learning untuk mengoreksinya?
    • Saya tidak terlalu paham perangkat keras dan terutama dari sisi perangkat lunak, jadi bisa saja saya sepenuhnya salah
      Dalam situasi seperti ini, bagaimana kalau memakai motor stepper dengan reduksi besar menggunakan reduktor sikloidal? Di kepala saya, ini akan membuat posisi sangat bisa dikendalikan dan diulang, sementara backlash sebagian besar akan ditangani oleh reduktor
      Saya ingin tahu kalau saya keliru. Seperti yang saya bilang, saya orang perangkat lunak yang sedang mencoba masuk ke perangkat keras

  • Mengejutkan bahwa belum ada perusahaan yang jelas-jelas memproduksi massal lengan robot yang murah, berkualitas tinggi, dan cukup terstandardisasi. Hal-hal seperti printer 3D atau mesin CNC sudah turun ke kisaran harga konsumen/amatir, tetapi bidang ini tampaknya masih belum banyak digarap
    Potensinya terlihat setara Arduino atau Raspberry Pi, tetapi saya belum pernah mendengar nama atau ekosistem yang seterkenal itu

    • Saya sempat bekerja di startup yang mengembangkan lengan robot. Yang saya pelajari adalah, sekalipun Anda memberi seseorang lengan robot gratis dengan API yang masuk akal, itu tidak banyak membantu. Bagian sulitnya adalah membuat otomasi yang berguna
      Kebanyakan orang memainkannya beberapa jam lalu menaruhnya di rak
      Setiap use case benar-benar berbeda dan beban kerjanya juga besar. Bahkan setelah berhasil membuat sesuatu berjalan, jika meja tidak sengaja terguncang atau lengannya menabrak sesuatu, semua koordinat menjadi kacau dan harus mulai lagi dari awal
      Struktur mekanis nyatanya juga benar-benar rumit. Untuk mengangkat beban yang berarti pada jangkauan 50 cm, sendi dasar menerima torsi yang sangat tinggi, dan pada saat yang sama diperlukan presisi sangat tinggi. Itu membutuhkan gear dan motor mahal, dan tidak ada yang murah
      Ada juga masalah keselamatan. Lengan yang mengangkat beban yang berguna cukup berat, dan jika massa sebesar itu diayunkan, diperlukan sistem keselamatan. Ini juga tidak murah
      Sedikit mirip no-code versi hardware. Karena pemrograman lengan robot pada dasarnya sulit, membuat lengan robot yang mudah dipakai juga sulit. Menurut saya, satu-satunya yang bisa mengubah ini adalah AI yang benar-benar bagus
    • Ada alasan mengapa tidak ada lengan robot standar untuk hobi
      Orang mengira bisa membuat sendiri dengan biaya lebih murah daripada lengan robot “sungguhan”, tetapi tidak memasukkan goyangan dan presisi pengulangan ke dalam perhitungan
      Saya menghormati orang yang memposting desain lengan robot berbasis servo RC di HN, tetapi saya ingin melihat angka pengukuran presisi pengulangannya. Maksudnya, minta ia menggambar pola yang sama di atas kertas setiap hari selama seminggu, lalu tunjukkan seberapa bertumpuk 7 garis itu. Saya bahkan ragu apakah ia bisa menggambarnya. Bisa saja kertasnya robek, atau lengannya tersangkut tanpa cukup tenaga untuk merobek kertas
      Sebagai dasar, saya membuat robot hobi sejak 1980-an, meneliti robot pada 1990-an termasuk untuk tesis master, dan menghabiskan sebagian besar 10 tahun terakhir mengajar robotika
    • Jika melihat thread ini dan jawaban atas berbagai pertanyaan seperti “apakah ada yang menemukan kegunaan lengan robot?”, terlihat mengapa perusahaan seperti itu tidak ada. Sederhananya, tidak ada pasar kelas konsumen
    • Produk seperti itu memang ada, tetapi pada robot serbaguna saat ini, untuk jangkauan sekitar 1,2 m, “murah” berarti kira-kira 10 ribu euro. Dengan uang itu Anda mendapatkan mesin dan perangkat lunak berkualitas tinggi
      Penting juga bahwa robot tanpa software kinematika yang sangat bagus hampir tidak bisa dipakai. Selain lengannya, diperlukan control box yang mengirim daya dan perintah secara stabil secara real-time, dan biaya ini juga lumayan besar
    • Pertama-tama Anda harus bertanya pada diri sendiri masalah apa yang ingin dipecahkan
      Setelah didefinisikan, dalam hampir semua kasus Anda akan segera menyadari bahwa ada solusi yang jauh lebih sederhana dan murah daripada lengan robot 6 derajat kebebasan
      Jika memang benar-benar membutuhkan lengan robot seperti itu, dengan mempertimbangkan semua faktornya, 10 ribu–20 ribu dolar tergolong cukup murah

  • Bagaimana kalau menurunkan ambisi sedikit, dan mulai dari platform robot murah yang mengikuti manusia, membawa barang, dan menghindari rintangan? Tidak perlu lengan, dan saya tidak keberatan memakai lengan saya sendiri untuk menaruh dan mengambil barang
    Saat kaki saya cedera dan harus memakai kruk, membawa barang tiba-tiba menjadi masalah. Banyak orang mengalami kesulitan mobilitas. Bahkan di luar kasus seperti itu, saya sering menaruh barang di tempat yang tidak semestinya, dan ini juga bisa membantu
    Di AliExpress ada banyak platform bawah robot mainan, tetapi dimensi terbesarnya di bawah 20 cm, terlalu kecil untuk praktis

  • Mengejutkan belum ada yang menunjuk ke ini
    https://github.com/peng-zhihui/Dummy-Robot
    Namun mungkin agak sulit dibaca

  • Sebagai geek, ini memang bikin ngiler, tapi apakah ada yang benar-benar menemukan kegunaan lengan robot yang layak dipakai di rumah? Mengutak-atik selalu lebih seru kalau ada proyek yang bagus

    • Saya ingin memakainya untuk mengambil dan menyortir tumpukan Lego raksasa yang ditinggalkan anak-anak setelah akhir pekan panjang Paskah. Kualitas korpus basis data baloknya tinggi, jadi identifikasinya tampaknya tidak terlalu sulit
      Tidak perlu sangat cepat juga. Tinggal dijalankan semalaman
      Rasanya pasti ada yang sudah menulis makalah menarik tentang algoritma penyortiran ideal. Misalnya apakah urut dari yang besar ke kecil, atau cukup mengambil dan memindahkan yang paling dekat. Secara pribadi, saya ingin menyortirnya ke set dasar lalu membuatnya, tolong, mengembalikan baki ke laci asalnya
    • Untuk penggunaan yang tidak praktis, mengganti beberapa arm monitor dalam konfigurasi multi-monitor dengan lengan robot. Dengan begitu bisa cepat berpindah di antara beberapa tata letak
      Satu lagi adalah lengan di dapur untuk mengaduk pasta
    • Tidak banyak. Di meja saya ada UArm, cukup mirip dengan produk ini tetapi memakai servo yang lebih murah. Akurasinya terlalu rendah, jadi hampir tidak bisa dipakai untuk apa pun
      Saya juga membuat dan memasang sensor force feedback dengan mouse 3D. Idenya lumayan, tetapi tidak cukup kaku untuk kegunaan itu
    • Seorang pembaca di thread ini yang pernah mengalami disabilitas sementara memposting ide penggunaan praktis
      https://news.ycombinator.com/item?id=39903953
    • Roboexotica seakan menyerukan agar beberapa lengan seperti ini dijadikan lini produksi
      http://roboexotica.at/

  • Kalau ini menarik, mungkin ini juga akan Anda suka. Bukan DIY, datang sebagai produk jadi
    https://www.waveshare.com/roarm-m2-s.htm
    Saya punya satu, dan untuk kisaran harganya kualitas build-nya benar-benar mengesankan

    • Ada juga versi 5 derajat kebebasan yang dulu sempat saya pertimbangkan serius untuk dibeli. Namun sangat sulit menilai apakah integrasi ROS 2-nya bagus: https://www.waveshare.com/product/robotics/roarm-m1.htm
      Sayang sekali tidak ada versi 6 derajat kebebasan. Itu diperlukan kalau ingin benar-benar menggenggam sesuatu dengan benar dalam radius di sekitar lengan
    • Sama sekali tidak butuh, tetapi ini barang yang rasanya wajib ada satu di atas meja
    • Apakah ada yang seperti ini juga di tempat seperti Amazon?
    • Bagaimana dukungan perangkat lunaknya?

  • Ada yang tahu ini bisa mengangkat seberapa berat?
    Saat berolahraga di home gym, saya ingin mengoperasikan kipas dengan pelacakan mata agar anginnya mengarah ke wajah, tetapi kipasnya berbobot beberapa pon
    Sebagai alternatif, saya juga penasaran rekomendasi motor perangkat keras untuk proyek seperti ini

    • Sebagian besar robot seperti ini memakai motor servo. Itu memungkinkan gerakan yang lincah, tetapi berarti perlu torsi penahan terus-menerus untuk mempertahankan posisi apa pun; bebannya terbatas dan banyak daya terbuang
      Untuk kipas yang berat, jangan lupa juga reaksi balik dari udara yang bergerak. Daripada dipasang di lengan, lebih baik diletakkan di atas semacam bantalan dan motornya hanya memutarnya. Dengan begitu motor tidak perlu terus-menerus melawan gravitasi
      Lengan robot yang ditautkan di sini memakai servo Dynamixel; Anda bisa memakai salah satunya saja untuk memutar kipas di atas dudukan putar. Jauh lebih murah dan tidak serumit itu
    • Bagaimana kalau menghilangkan sebagian besar bobot dari lengan? Pakai kipas atau kompresor yang dipasang di basis, lalu lengan hanya menyambungkan duct. Dengan begitu yang perlu digerakkan hanya duct, bukan motor yang berat

  • Saya sedang membuat lengan cetak 3D Thor, tetapi proyek ini terlihat jauh lebih bagus. Sepertinya saya harus mengubah arah
    Tambahan lagi, servo ini benar-benar mengubah permainan

    • Apakah servo ini lebih baik daripada SG90?

  • Sebagai pengguna lama Dynamixel, saya setuju bahwa adaptor U2D2 mahal dibanding opsi lain. Namun klaim “latensinya sangat tinggi” rasanya perlu dikuantifikasi sampai batas tertentu
    Saya merasa itu pilihan yang andal, dengan latensi yang selalu rendah di berbagai platform, kira-kira di level 1 ms

  • Semoga orang-orang berhenti menempelkan 3 servo lalu mengklaim sudah membuat robot :D
    Karena gerakan servonya cukup tersendat-sendat, tidak ada video yang menunjukkan “robot” ini sedang bekerja

    • Video robotnya bergerak ada di sini: https://twitter.com/alexkoch_ai. Keunggulan desain lengan robot ini adalah sangat ringan
      Motor XL330 masing-masing hanya 18 g. Karena itu sangat cocok untuk teleoperasi dan pembelajaran robot
    • Sebagai orang yang pernah mendalami robotika lebih jauh, saya benar-benar memahami perasaan itu. Namun saya juga pikir bagus untuk mendorong orang berbagi hal-hal dasar. Di thread ini pun banyak pemula bisa tertarik dan menggali lebih dalam
      Saya penasaran seberapa mulus lengan robot berbasis servo murah bisa digerakkan jika memakai algoritma kontrol yang layak