Penn State Altoona - Bras de basket-ball robotisé

Cet auteur a une confession à faire : Je peux probablement compter sur les doigts et les orteils le nombre de tirs de basket-ball réussis que j'ai effectués au cours de ma vie. Les quelques fois où je l'ai fait, je me dis toujours : "Si seulement je pouvais le refaire comme ça."

bras lanceur de basket-ball robotisé

Le bras de lancer de basket-ball servocommandé.

À Penn State Altoona, un groupe d'étudiants a créé un appareil qui fait ce que je n'arrive pas à faire : obtenir la photo parfaite à chaque fois. Pour leur projet de fin d'études, Luke EckenrodeBrad Long, et Anthony Sisak (avec les conseils du Professeur Jeffrey Moore) ont entrepris de construire un bras robotisé lanceur de ballon de basket capable de tirer régulièrement des fausses balles de 3 mètres. La hauteur de départ du bras est basée sur une personne de 1,80 m, soit la taille moyenne d'un joueur de la NBA, et le cerceau est à la hauteur réglementaire de 3 m.

Conception initiale

Au départ, l'équipe a construit un modèle conceptuel dont le mouvement était uniquement assuré par un piston pneumatique. Bien que l'équipe ait obtenu un certain succès avec cette conception, elle n'a pas fourni la précision souhaitée pour cette machine.

Servo Drive et électronique montés pour le bras de basket-ball robotisé

Le servomoteur DPEANIU-040A400 et les autres composants électroniques montés sur l'appareil.

En outre, une partie de l'objectif du projet était de l'utiliser comme outil d'enseignement pour les entraîneurs sur la façon de tirer correctement au panier. La conception pneumatique ne permettait pas le mouvement à deux bras de l'avant-bras et du bras supérieur. Les étudiants avaient besoin d'un coude articulé afin de reproduire plus fidèlement le mouvement de lancer humain. Pour cela, ils avaient besoin d'un coude motorisé.

Entrer AMC

Anthony a contacté ADVANCED Motion Controls à l'automne 2019. À peu près au même moment, un autre groupe de Penn State Altoona construisant une découpeuse à jet d'eau pour leur projet de capstone a également contacté AMC. L'équipe de ADVANCED Motion Controls a répondu aux deux groupes, et après quelques allers-retours pour discuter des projets, nous avons accepté de fournir gratuitement plusieurs servomoteurs aux deux groupes. Nous avons également fourni des moteurs et du câblage que nous avions dans notre inventaire de sensibilisation des universités.

L'équipe du bras robotique a fini par choisir un DPEANIU-040A400 et a travaillé à distance avec les équipes d'assistance technique d'AMC pour faire fonctionner l'ensemble servomoteur et moteur avec leur contrôleur LabView.

Améliorations

Les calculs de couple pour le bras de lancement et le train d'engrenages.

L'équipe a soigneusement calculé le couple nécessaire pour réaliser le tir. Même avec un entraînement puissant comme le DPEANIU-040A400, le moteur ne pouvait pas fournir un couple suffisant pour accélérer suffisamment la rotation de l'avant-bras. Il est devenu évident qu'un train d'engrenages serait nécessaire.

train d'engrenages pour bras robotique de lancer de basket-ball

Le train d'engrenages usiné

Avec les conseils de l'équipe de soutien de l'AMC, les étudiants ont travaillé à la conception et à la fabrication d'une impressionnante boîte de vitesses pour fournir le couple nécessaire. La boîte de vitesses a été intégrée directement au reste du bras. Cette section du bras utilise un actionneur linéaire pour fournir son élan vers le haut.

Pour tenir la balle, plutôt que d'utiliser un simple modèle en forme de cuillère, l'équipe a imprimé en 3D un modèle de main humaine, là encore pour refléter plus précisément le lancer humain réel.

bras de basket-ball robotisé lançant un arc

Arc de lancer du basket-ball

Alors que le bras du robot est optimisé et réglé pour des lancers francs de 15 pieds par un joueur d'1,80 m, le programme LabView généré par les étudiants permet de prendre en compte différentes hauteurs et distances. Le programme LabView utilise également la rétroaction d'un laser pour mesurer plus précisément la distance du cerceau afin de tenir compte des petites variations de distance par rapport aux paramètres d'entrée.

Conclusions

Malgré la pandémie COVID-19 qui a perturbé la scolarité en mars 2020, l'équipe du bras de basket robotisé a réussi à terminer son projet et à le présenter à Zoom le 1er mai.st.

Leurs tests ont montré un taux de réussite de plus de 90%, bien meilleur que ce dont je pouvais rêver.