Design And Development Of A 4–Dof Scara Robot For Educational Purposes

Abstract

Robotik telah menjadi satu subjek yang biasa ditawarkan dalam kebanyakan institusi pengajian tinggi di negara ini. Walaupun terdapat banyak robot–robot yang boleh dibeli di pasaran, kebanyakannya adalah untuk kegunaan perindustrian dan berkos tinggi. Terdapat keperluan untuk menghasilkan robot berkos rendah untuk kegunaan mahasiswa dan mahasiswi di institusi pengajian tinggi negara dalam mempelajari elemen–elemen robotik seperti reka bentuk, kinematik, dinamik, penderiaan dan kawalan. Kertas kerja ini membentangkan proses merekacipta dan membangunkan satu robot SCARA dengan 4 darjah kebebasan berkos rendah yang boleh digunakan untuk tujuan pembelajaran, penyelidikan dan juga pameran. Kertas kerja ini membincangkan kaedah yang digunakan dalam reka bentuk dan pembangunan robot SCARA termasuk definisi spesifikasi, reka bentuk konseptual, pembangunan produk, dan uji kaji. Dalam fasa definisi spesifikasi, parameter robot SCARA akan ditetapkan terlebih dahulu. Selepas itu, reka bentuk konseptual terbaik akan dipilih selepas membuat penilaian terhadap semua konsepkonsep dalam fasa reka bentuk konseptual. Kemudian, dalam fasa penghasilan produk, reka bentuk yang terpilih akan disempurnakan lagi. Kemudian, analisis tegasan menggunakan analisis unsur terhingga akan dijalankan sebelum prototaip dihasilkan. Kinematik langsung dan songsang, dinamik robot kemudiannya dikaji. Komponen–komponen akan dipilih berdasarkan parameter–parameter hasil analisa dan pengiraan. Komponen elektronik seperti pengesan dan pengawal menggunakan pengawal mikro kos rendah kemudiannya dipasang. Akhirnya, robot SCARA yang dihasilkan akan diuji untuk melihat sama ada ia menepati sasaran parameter–parameter yang telah ditetapkan. Kata kunci: Robot SCARA; RRPR; kinematik dan dinamik; robot Robotics have become a common course in a lot of higher institutions. Although there are many robots available in the market, most of them are for industrial purposes and are costly. There is a need to develop low cost robots for students in higher institutions to learn the elements of robotics such as design, kinematics, dynamics, sensing and control.The aim of this project is to design and develop a mechanical structure of a SCARA robot that can perform certain tasks for educational, research and exhibition purposes such as pick and place operation. The paper discusses the steps used in design and development of a 4 degree of freedom (DOF) SCARA robot which includes specification definition, conceptual design, product development, and testing. In specification definition phase, the specifications of the SCARA robot are first determined. After that, the best conceptual design of the SCARA robot is chosen after making concept evaluation in the conceptual design phase. Then, in third phase which is the product generation, the chosen design of the SCARA robot is fine–tuned. Stress analysis using finite element analysis is carried out before a prototype is developed. The direct and inverse kinematics, dynamics of the robot are then modeled. Off shelf parts are also selected based on the derived parameters from calculations. Electronic parts such as sensors and dedicated controller using low cost microcontroller are then developed. Finally, the developed SCARA robot is tested to see whether it fits the targeted specifications. Key words: SCARA robot; RRPR; kinematics and dynamics; educational robotics; microcontroller