SCENARIUSZ NR 1 – ZESPÓŁ KONSTRUKCJI
Budowa i pełny montaż trzech funkcjonalnych robotów SCARA wraz z dokumentacją techniczną
Trener: Patryk Piasecki | Zespół: 6 uczestników (3 pary) | Produkt: 3 stanowiska SCARA
Cel zajęć
- Rozwijanie umiejętności montażu mechanicznego, okablowania, lutowania i uruchamiania układów mechatronicznych.
- Zrozumienie kinematyki SCARA: dwie osie obrotowe, oś liniowa Z oraz chwytak z obrotem i zaciskiem.
- Programowanie ESP32, sterowników silników krokowych i serw; realizacja homingu, ograniczeń ruchu i zatrzymania awaryjnego.
- Praca z dokumentacją 3D, listą części BOM, schematami elektrycznymi, firmware i kartami testów.
- Współpraca, podział ról, komunikacja techniczna i dokumentowanie montażu po polsku i ukraińsku.
Wyposażenie, narzędzia i oprogramowanie
Dydaktyczne: 3 laptopy, dostęp do Internetu, kamera ≥720p, projektor/monitor, stół dla 6 osób, drukarka 3D (lub przygotowane wydruki), multimetr, zasilacz laboratoryjny z ograniczeniem prądu.
Narzędzia: stacja lutownicza, cyna i topnik, odsysacz, mata silikonowa, klucze imbusowe i nasadowe, wkrętaki, szczypce, obcinaczki, pęsety, ściągacz izolacji, zaciskarka do tulejek, suwmiarka, kątomierz, opcjonalnie czujnik zegarowy.
Oprogramowanie: Fusion 360 lub analog CAD, Visual Studio Code + PlatformIO, środowisko projektu ESP32/Bluepad32, Microsoft Office, DaVinci Resolve (dokumentacja wideo).
Podzespoły na 1 robota – konfiguracja referencyjna
- Konstrukcja: wydrukowane 3D podstawa, kolumna, dwa ramiona, uchwyty silników, osłony, elementy chwytaka; komplet śrub, podkładek i dystansów zgodny z modelem CAD.
- Napędy: 3 × NEMA17 (ramię 1, ramię 2, oś Z), 2 × serwo MG92R (obrót narzędzia i zacisk chwytaka), sterowniki A4988 lub zgodne z PCB.
- Przeniesienie napędu: paski GT2, koła 16T oraz koła pasowe wynikające z aktualnego projektu, łożyska i wałki Ø8; śruba osi Z o skoku 2 mm/obr.
- Elektronika: ESP32 WeMos D1 mini (wariant użyty w projekcie), płytka sterująca, złącza, osobne stabilne zasilanie napędów i serw, bezpieczniki, przewody i elementy mocujące.
- Bezpieczeństwo: wyłącznik awaryjny NC sprzętowo blokujący ENABLE, czujniki krańcowe/home dla 3 osi, prowadzenie i odciążenie przewodów.
Uwaga: liczby zębów kół i dokładne długości pasków, rozstawy śrub oraz nastawy prądu trzeba potwierdzić z aktualnym CAD/BOM i użytymi silnikami. Powyższa lista stanowi konfigurację referencyjną, nie zastępuje dokumentacji wykonawczej.
Przebieg zajęć – pełen montaż
Etap / Етап | Czynności / Дії | Czas / Час | Uwagi / Примітки |
1. Przygotowanie stanowiska | Podział na 3 pary; kontrola BOM, schematów i wydruków 3D; organizacja śrub; oględziny części, przygotowanie narzędzi i kamery. | 45 min | Przed pracą odłączyć wszystkie źródła zasilania. |
2. Kontrola elementów | Usunięcie podpór wydruków, gratowanie otworów, sprawdzenie wymiarów; identyfikacja osi, łożysk, wałków, tulei i części ruchomych. | 60 min | Nie rozwiercać otworów bez sprawdzenia tolerancji. |
3. Montaż podstawy i osi Z | Skręcenie podstawy i kolumny; montaż prowadnic Ø8, łożysk liniowych, śruby i sprzęgła; osadzenie NEMA17 osi Z. | 120 min | Równoległość prowadnic, swobodny przesuw; brak siły bocznej na śrubie. |
4. Montaż ramienia 1 | Montaż łożyskowania i osi ramienia 1; uchwyty, silnik, koła GT2, pasek i napinanie; kontrola luzów i płaszczyzn kół. | 90 min | Bez zasilania ręcznie sprawdzić pełny zakres dopuszczalnego obrotu. |
5. Montaż ramienia 2 | Montaż przegubu i drugiego ramienia; NEMA17, przekładnia GT2, łożyskowanie; regulacja naprężenia i kolizji. | 90 min | Bez ocierania pasków i bez nadmiernego naprężania. |
6. Montaż efektora | Instalacja obrotnicy narzędzia i chwytaka; 2 serwa MG92R; ustawienie położeń neutralnych i prowadzenie przewodów wzdłuż ramienia. | 75 min | Najpierw pozycja neutralna serw, dopiero potem montaż orczyków. |
7. Okablowanie i PCB | Osadzenie ESP32 w złączach, sterowników i listew; lutowanie połączeń PCB, zaciskanie przewodów, podłączenie STEP/DIR, serw i masy. | 120 min | Kontrola polaryzacji, zwarć i napięć. Nie podawać napięcia serw na piny ESP32. |
8. Krańcówki i ESTOP | Montaż czujników home 3 osi; przycisku ESTOP NC; prowadzenie przewodów, odciążenia i zabezpieczenie przed wciągnięciem do ruchomych części. | 75 min | ESTOP ma blokować napędy sprzętowo, niezależnie od kodu. |
9. Testy elektryczne | Pomiar ciągłości PE, jeśli występuje, mas, linii zasilania; sprawdzenie prądu driverów i ograniczenia prądowego zasilacza; pierwsze uruchomienie bez obciążenia. | 60 min | Pod nadzorem trenera; pierwsze włączenie przy odłączonych napędach lub z bezpiecznym limitem. |
10. Firmware i sterowanie | Wgranie firmware PlatformIO do ESP32; konfiguracja pinów, Bluepad32, trybów JOINT/IK i obsługi chwytaka; test pojedynczych osi z małą prędkością. | 120 min | Test kierunków, ENABLE i reakcji na utratę łączności; nie dopuszczać do samoczynnego ruchu. |
11. Homing i kalibracja | Konfiguracja bazowania trzech osi, znaków kierunków, kroków/mm osi Z, kroków/stopień przegubów, limitów i bezpiecznych prędkości. | 120 min | Testować każdą oś osobno; po homingu zweryfikować zgodność pozycji z rzeczywistością. |
12. Próby i odbiór | Próby JOINT i ruchu TCP, chwyt 3 przedmiotów, zapis/odtworzenie 5 punktów, praca bez gubienia kroków; ESTOP i odzyskiwanie stanu; dokumentacja i prezentacja. | 120 min | Testy z ograniczonym obszarem i prędkością; każdą awarię zapisać w karcie testów. |
Łączny orientacyjny czas: 1095 min (18 h 15 min) na zespół, przy pracy równoległej trzech par. Dodatkowo należy uwzględnić czas drukowania części 3D, poprawek i ewentualnych napraw.
Schemat połączeń – lista kontrolna projektu
ESP32: ARM1 STEP GPIO13 / DIR GPIO26; ARM2 STEP GPIO23 / DIR GPIO14; Z STEP GPIO18 / DIR GPIO19; serwo obrót GPIO27; serwo zacisk GPIO32; TEACH GPIO25; MODE GPIO33; ESTOP GPIO39; home Z GPIO34, ARM1 GPIO35, ARM2 GPIO36; I²C GPIO21/22; LED BT GPIO4, ERROR GPIO16, STATUS GPIO17.
Ważne: GPIO34–GPIO39 w typowych ESP32 są wejściami bez wewnętrznych rezystorów podciągających. Czujniki i przyciski należy podłączyć zgodnie z aktualnym schematem PCB, z odpowiednimi rezystorami i zgodnymi poziomami logicznymi. ESTOP nie może opierać się wyłącznie na GPIO39.
Dokumentacja przekazywana na zakończenie
- Złożenie CAD/rysunki wykonawcze z oznaczeniem osi, BOM i źródłami elementów.
- Schemat elektryczny i tabela okablowania, fotografie etapów montażu, plik konfiguracji pinów i wersja firmware.
- Karta pomiarów i kalibracji: osie, przełożenia, kroki, limity kątowe, prędkości oraz ustawienia driverów.
- Protokół odbioru: bazowanie, ruch każdej osi, ESTOP, chwytak, TEACH/PLAYBACK, ocena powtarzalności i wykaz usterek.
СЦЕНАРІЙ № 1 – КОМАНДА КОНСТРУКТОРІВ
Повне складання трьох функціональних роботів SCARA з технічною документацією
Тренер: Патрик Пясецькі | Команда: 6 учасників (3 пари) | Результат: 3 роботизовані стенди
Мета занять
- Розвиток навичок механічного монтажу, паяння, електричних підключень та програмування роботів.
- Вивчення структури SCARA: дві обертальні осі, вертикальна вісь Z, поворот і захват інструмента.
- Налаштування ESP32, драйверів крокових двигунів, сервоприводів, процедури homing та аварійної зупинки.
- Командна робота, перевірка якості, створення креслень, BOM і протоколу випробувань.
Обладнання та компоненти
3 ноутбуки, камера, проектор, робочий стіл, паяльна станція, мультиметр, лабораторне джерело живлення, штангенциркуль, ручний інструмент, 3D-друковані деталі, 3 × NEMA17 і 2 × MG92R на одного робота, ремені й шківи GT2, підшипники, вал Ø8, гвинт осі Z з кроком 2 мм/оберт, ESP32, керуюча плата, драйвери, кінцеві датчики, аварійний вимикач NC.
Програми: CAD (Fusion 360 або аналог), Visual Studio Code / PlatformIO, проєкт ESP32 / Bluepad32, офісний пакет, відеоредактор.
Послідовність повного складання
Etap / Етап | Czynności / Дії | Czas / Час | Uwagi / Примітки |
1. Робоче місце | Розподіл на пари, звірення BOM, перевірка деталей, підготовка інструментів та камери. | 45 хв | Живлення вимкнено. |
2. Контроль деталей | Очищення 3D-друків, перевірка отворів, розмірів, підшипників і валів. | 60 хв | Не змінювати посадки без вимірювань. |
3. Основа і вісь Z | Збірка стійки, напрямних, лінійних підшипників, гвинта, муфти і двигуна Z. | 120 хв | Перевірити паралельність і легкість ходу. |
4. Перше плече | Установлення осі, підшипників, NEMA17, шківів і ременя GT2. | 90 хв | Перевірити натяг і відсутність тертя. |
5. Друге плече | Складання другого шарніра, приводу, ременя і кріплень. | 90 хв | Перевірити робочі кути та зіткнення. |
6. Захват | Монтаж двох сервоприводів, механізму повороту й затискання, прокладання кабелів. | 75 хв | Спочатку виставити нейтраль сервоприводів. |
7. Плата та кабелі | Паяння роз’ємів, установка ESP32 і драйверів, підключення STEP/DIR та сервоприводів. | 120 хв | Перевірити полярність і відсутність коротких замикань. |
8. Датчики та ESTOP | Установка трьох датчиків home, аварійного вимикача NC і кабельних фіксаторів. | 75 хв | Аварійна зупинка апаратно вимикає приводи. |
9. Електричні перевірки | Контроль напруг, заземлення за потреби, струму драйверів; перше безпечне включення. | 60 хв | Лише під наглядом тренера. |
10. Програмне забезпечення | Завантаження firmware через PlatformIO, тестування осей, Bluepad32, JOINT/IK та захвата. | 120 хв | Початкові випробування на низькій швидкості. |
11. Калібрування | Homing, напрямки осей, кроки/мм і кроки/градус, обмеження та безпечні швидкості. | 120 хв | Кожну вісь перевіряти окремо. |
12. Приймання | Тест TCP, перенесення трьох предметів, запис 5 позицій, ESTOP, протокол і презентація. | 120 хв | Зафіксувати результати та несправності. |
Орієнтовна тривалість: 1095 хвилин (18 год 15 хв). Час на 3D-друк і переробки окремо.
Підсумкові матеріали
Збірка CAD, креслення, BOM, електросхема та кабельна таблиця, конфігурація GPIO і версія firmware, результати калібрування, відео та протокол випробувань. Параметри трансмісій, точні розміри й струми драйверів перевірити за актуальною версією проєкту.