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Hacemos que cobre vida el brazo robótico MeArm

He descubierto hace poco el nuevo kit MeArm Robot Deluxe de Mime Industries y me apetecía ponerlo a funcionar recién sacado de la caja. Estaba impaciente por montarlo y descubrir cómo se comportaría este pequeño brazo robótico. Al ser de código abierto es ideal para utilizar con proyectos personalizados. El Maker Kit también está disponible en un formato que te permite utilizar tu propia controladora, ya sea Arduino, Raspberry Pi, Beaglebone o cualquier otra. También se puede personalizar el diseño del brazo recortando algunas piezas individuales en chapa de materiales diversos. 

El kit se suministra con todos los productos necesarios para construir un brazo robótico completo, e incluye una placa controladora Me Brain. Los únicos elementos adicionales que necesité fueron un pequeño destornillador de estrella para apretar los tornillos de retención del brazo de servo y 4 baterías AA. He utilizado las RS Pro alcalinas (código RS 744-2199).

Comenzar el montaje

Desembalaje: puedes ver todos los componentes incluidos en el kit.

• Hay 4 servomotores con diversos brazos de servo, además de las fijaciones necesarias para éstos.
• La placa controladora Me Brain incluida es una placa compatible con Arduino preprogramada para su uso con el brazo.
• Todas las fijaciones necesarias para completar el ensamblaje.
• Caja de batería con cable para conectar en la controladora.
• Cables de conexión.
• 2 botones para utilizar en la palanca de joystick.
• Las piezas de acrílico vienen precortadas en 4 láminas, y hay una base para la palanca de joystick.

Antes de comenzar el montaje, es importante retirar la película de plástico de las piezas de acrílico ya que de lo contrario se atascará en las articulaciones una vez finalizado el montaje.

También hay que tener cuidado de no apretar demasiado los tornillos en los puntos de fijación permanente, ya que los tornillos hacen rosca en la piezas de acrílico y podría haber roturas si se fuerzan demasiado. Para las fijaciones de flexión en las que tiene que haber movimiento entre el alambre, el brazo y los engranajes de giro, y demás elementos, el ajuste debe ser holgado de modo que permita girar libremente.

Un apriete excesivo en estos puntos de giro impide un movimiento y funcionamiento correcto y además sobrecarga los servos. 

Hay dos guías de montaje adjuntas a este artículo.  

La guía Guide to Using the MeArm with Arduino (Guía de uso del MeArm con Arduino) proporciona unas buenas instrucciones con bocetos y asistencia para el desarrollo.

La guía MeArm Robot Assembly Guide (Guía de montaje de MeArm) ofrece una vista más gráfica; los enlaces se incluyen al final de este artículo.

Empezamos por la controladora del joystick 

La PCB del controlador de joystick debe separarse de la placa controladora Arduino principal rompiendo por las zonas troqueladas. Se fija a la placa acrílica con la forma del controlador utilizando 4 tornillos de 6 mm que se introducen en los orificios ya perforados y roscados en la placa acrílica. A continuación, se conecta a la placa controladora Arduino mediante el conjunto de cable plano de 10 conductores como se muestra en las imágenes.

Calibración del servomotor

Es recomendable marcar las posiciones específicas de los servos, ya que esto permitirá que se puedan calibrar desde la placa controladora, y también probar que todo funciona como debiera cuando se van montando los diferentes subensamblajes, de modo que los brazos no interfieran con las piezas fijas. Es fácil ajustar las posiciones de los actuadores en esta fase antes de pasar a finalizar el montaje.

Nota: Los colores de los cables de los servos no coincidían con las marcas de la controladora en nuestro kit, así que a continuación mostramos los datos para realizar correctamente la conexión, en caso necesario:

Para calibrar los motores es necesario conectarlos a la placa controladora y encender esta. Los motores se moverán a las posiciones respectivas, y entonces marcamos una línea en el eje alineado con el servo. Los actuadores y brazos del servo específico se pueden colocar en la orientación que se indica en las instrucciones.

Construcción de la base

Pasa el collarín del servo intermedio 3 sobre el motor del servo utilizando la abertura recortada para pasar el cable. Fija la placa de pivote del servo 2 al conjunto utilizando los 2 tornillos de 8 mm; consulta los esquemas de la guía de uso de MeArm con Arduino.

Introduce 4 tornillos de 20 mm a través de la base del brazo 1 desde la parte inferior. Coloca una tuerca en cada uno de ellos y gíralas a medio camino, y seguidamente atorníllalos a la placa del servo 2 con el servo colgando hacia abajo. Aprieta estos tornillos justo a ras en la placa de servo, enrosca las tuercas en los tornillos hasta la base del brazo y asegura.

Montaje del servo izquierdo

Coloca el brazo de servo izquierdo en el collarín del servo 5, pasando los cables a través de la abertura recortada. Pasa el conector del servo y el cable suelto a través del orificio rectangular del collarín. Asegura con 2 tornillos de 8 mm a la placa de servo del brazo izquierdo 4.

Fija un actuador de servo doble negro al brazo largo de servo 6 empleando 2 de los tornillos autorroscantes incluidos en la bolsa de servos. Aprieta lo justo para que quede seguro, pero sin forzar. Ahora coloca esto en el servomotor izquierdo marcando aproximadamente las 9 en punto. Utilizando el controlador de joystick de servomotor, puedes probar que funciona correctamente y que no tropiece con otros componentes tales como la base. A continuación ya puedes insertar el tornillo mecanizado de la bolsa de servomotores y apretarlo con un pequeño destornillador de estrella.

Montaje del servo derecho

De la misma forma que para el servo izquierdo, instala el servo derecho usando el collarín 5, 2 tornillos de 8 mm tornillos y la placa de servo del brazo derecho 12. Fija un actuador doble de servo negro a la unión derecha de la base del brazo del servo 13. Ahora fija esto al servomotor derecho aproximadamente a las 12 en punto y fíjalo con el tornillo mecanizado correspondiente. De nuevo, puedes comprobar el funcionamiento de nuevo mediante el controlador. Fija el enlace paralelo 17 al soporte de la parte superior de la placa de servo del brazo derecho 12 mediante un tornillo de 6 mm; este debe tener libertad de movimiento.

Montaje del "cerdo"

Este conjunto de piezas, que se llama así debido a su forma, se monta tomando el soporte del brazo izquierdo 8 y acoplando la articulación de la base del brazo izquierdo 10 y el brazo corto 9 con un tornillo de 10 mm. Este conjunto debe tener libertad de movimientos.

Construcción de la placa inferior del brazo 14

Fijamos un actuador doble de servo negro a la placa inferior del brazo utilizando dos de los tornillos autorroscantes de la bolsa de servos.

Estos cinco subensamblajes se pueden ver en la siguiente imagen (en sentido horario desde la parte superior izquierda):

Imagen: fijaciones y guía de tamaños de tornillo; conjunto del servomotor izquierdo; conjunto del "cerdo"; conjunto de la placa inferior del brazo (observa como en el servomotor que se muestra fijo aquí se acaba de comprobar el ajuste utilizando el servo de la pinza; esta placa inferior se colocará eventualmente sobre el servo del centro que ya está unido a la placa de pivote); conjunto de servo derecho; conjunto de la base.

Montaje de la parte inferior del brazo

Ahora juntamos el conjunto de servo izquierdo con el travesaño del brazo delantero, el conjunto del "cerdo", la placa inferior del brazo y el travesaño de la base del brazo trasero.

En primer lugar, fija el travesaño de la base del brazo delantero al conjunto de la placa del servo del brazo izquierdo 4 usando un tornillo de 12 mm y tuerca; el desvío de la abertura en el travesaño debe estar ligeramente más cerca del conjunto de la placa del servo izquierdo. Si estos conjuntos de tornillo y tuerca de la base no se aprietan completamente, esto facilita el montaje de la parte inferior, dejando el apriete para el final, cuando la unidad entera esté completa.

Ahora coloca el conjunto del "cerdo" 8, alineando cuidadosamente las ranuras, y utilice un tornillo de 12 mm a través del brazo de servo 6 y, a continuación, a través de un enlace paralelo 17; agrega un separador 20 y atornilla en el brazo corto 9 (que ya está en el ensamblaje del "cerdo"). Después de hacer esto, me he dado cuenta de que el brazo del servo estaba ligeramente desplazado respecto del servomotor. Por ello, he cambiado el separador utilizando un par de arandelas más pequeñas que proporcionan un desplazamiento de aproximadamente la mitad del original. Una vez hecho esto, el brazo se desplazaba solidario con el motor.     

La placa inferior del brazo 14 se inserta en ángulo en la placa del servo del brazo izquierdo y se apoya en las lengüetas de selección del "cerdo". Para lograr esto, hemos de asegurarnos de que la fijación de tornillo de 12 mm utilizada anteriormente tenga un ajuste holgado.

El travesaño de la base del brazo trasero 11 puede ahora ajustarse para bloquear el conjunto del "cerdo" y se sujeta con otro tornillo de 12 mm y su correspondiente tuerca.

Esta fase siguiente consiste en unir los conjuntos izquierdo y derecho. En primer lugar, conecte la malla transversal del brazo principal 15 a la fijación de la articulación de la base del brazo izquierdo 10 con un tornillo y una tuerca de 12 mm. Esta malla transversal se puede fijar ahora a la unión de la base del brazo derecho 13 al juntar los brazos; de nuevo, utiliza un tornillo de 12 mm y su tuerca.

Por último, ajustando cuidadosamente, el conjunto de la placa de servo del brazo derecho 12 se puede alinear y fijar a la placa inferior del brazo 14 y los travesaños de la parte delantera y trasera de la base 7 y 11. Aflojar las fijaciones de 12 mm ayuda mucho y, a continuación, todo encaja a la perfección. Por último, utiliza 2 tornillos de 12 mm con sus tuercas para fijar esta placa de servo derecho. Ahora ya pueden apretarse todas las fijaciones y el montaje inferior está completo. El montaje de tornillo y tuerca de 12 mm se realiza mejor insertando en primer lugar el tornillo y, a continuación, poniendo la tuerca en la ranura de los travesaños y sujetando con el pulgar y el dedo índice. El tornillo se puede alinear y girar entonces para acoplar utilizando la otra mano.

Este conjunto se puede acoplar ahora al servomotor central del conjunto de la base.

El servomotor debe haberse calibrado al conectarlo a la placa controladora y encenderla. El conjunto debe estar alineado aproximadamente a las 12 en punto con la inscripción de la base del MeArm hacia arriba de manera correcta. Acóplalo al servo utilizando un tornillo mecanizado suministrado con el motor, empleando un pequeño destornillador de estrella. Ahora puedes encender la controladora y comprobar el funcionamiento correcto con el joystick. En esta etapa se puede efectuar fácilmente cualquier pequeño ajuste.

A continuación, fija el extremo de la articulación de muñeca izquierda más larga 16 más cercano al orificio central al enlace paralelo 17, que ya está en el conjunto de la base. Fija el orificio excéntrico a la parte superior de la unión de la base del brazo izquierdo 10, utilizando tornillos de 6 mm para ambos.

En el lado derecho, utilizando el conector del enlace paralelo 19, asegura a la articulación de la muñeca derecha y al conector del enlace paralelo con un tornillo de 10 mm. Fija el enlace paralelo 17 desde la placa del servo derecho mediante un tornillo de 10 mm y el separador 20. Fija un nuevo conector del enlace paralelo 17 al conector del enlace paralelo 19 mediante un tornillo de 6 mm.

La imagen muestra el conjunto del conector de enlace paralelo

Montaje de la unidad de garra de pinza

Desliza el collarín superior de abrazadera servo 21 sobre el servomotor.

Coloca cuidadosamente la fijación de muñeca derecha 23 y la fijación de muñeca izquierda 22 a los lados del servo y coloca el soporte de abrazadera inferior del servo 24 sobre estas y el servo.

Ahora, únelas utilizando 4 tornillos de 8 mm roscando en el soporte de abrazadera inferior del servo.

Fija la pinza izquierda 28 utilizando un tornillo de 8 mm en la placa de pinza 25; inserte también un tornillo de 12 mm para mantener la unidad en su sitio, pero no aprietes todavía.

Fija el brazo actuador del servo independiente al engranaje de servo superior 30 mediante un único tornillo autorroscante (del paquete de fijación de servos) en la ranura larga.

Fija al servo de pinza calibrado; el brazo de servo debe apuntar a la posición de las 6 en punto con la pinza en la posición de las 12 en punto. (Una vez ensamblado es fácil probar el funcionamiento de la pinza mediante el controlador y ajustar las posiciones de movimiento óptimas de la pinza).

Conecta el engranaje de servo inferior 29 utilizando tornillos de 6 mm.

A continuación, acopla el engranaje de la pinza 26 utilizando un tornillo de 8 mm desde la parte inferior y también aprieta el tornillo de 12 mm que ya habíamos presentado en su sitio anteriormente.

Las mandíbulas deben ajustarse para abrirse a 90 grados cuando se combinan con el engranaje del servo calibrado.

Ahora, antes de apretar finalmente los tornillos de la unidad, es mejor comprobar el funcionamiento mediante el controlador. He realizado algunos ajustes al posicionamiento en el servo que optimizan el funcionamiento.

El conjunto de pinza completo ahora se puede unir a la unidad del brazo.

En primer lugar, fija la pinza a la articulación de la muñeca derecha 31 mediante un tornillo de 8 mm en la fijación de muñeca 23. (Los dibujos en la guía de montaje muestran la colocación exacta.)

A continuación, fija el enlace paralelo 17 al punto superior de la fijación de la muñeca derecha 23 con un tornillo de 8 mm e incluye un separador 20 para alinear correctamente el brazo.

Por último, la unión de la muñeca izquierda 16 se fija a la unión de la muñeca izquierda 22 utilizando un tornillo de 8 mm.

El cable del servo de la pinza debe pasarse a través de las aberturas de la red transversal principal 15 y, a continuación, el cable de extensión suministrado debe fijarse de modo que pueda alcanzar la placa controladora Arduino. Asegúrese de que las conexiones se mantienen correctamente.

La placa controladora Arduino ahora se puede fijar a la placa base 1 mediante los 4 orificios de montaje y tuercas espaciadoras.

Ahora, todos los cables de servo se pueden conectar finalmente a la placa controladora Arduino.

Y ya está todo listo.

Al encender, los servos se mueven a los puntos calibrados y, acto seguido, puedes mover libremente el brazo utilizando los joysticks.

El joystick derecho controla el movimiento ascendente y descendente y abre y cierra el gancho; el joystick izquierdo controla los movimientos de avance y retroceso, además de giro hacia la izquierda y hacia la derecha.

Con un poco de práctica, me resultó muy fácil coger diferentes objetos y moverlos a voluntad. Sin duda, los joysticks te permiten hacerte con el control del brazo de manera rápida y fácil.

En general, un brazo compacto muy atractivo con un comportamiento impresionante.

En el futuro podrás programar el controlador para realizar movimientos específicos según necesites, e incluso podrás integrarlo en diseños y proyectos personalizados.

Traducción del artículo escrito por Jeff Forrest, Technical Marketing Applications Engineer de RS Components.