Moslty 3D nyomtatott robotkar, amely utánozza a bábvezérlőt: 11 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:39

Gépészmérnök hallgató vagyok Indiából, és ez a My Undergrad diplomamunka.

Ez a projekt egy olcsó robotkar kifejlesztésére összpontosít, amely többnyire 3D nyomtatású, és 5 DOF -ot tartalmaz, 2 ujjas fogóval. A robotkar bábvezérlővel van vezérelve, amely az azonos szabadságfokú robotkar asztali modellje, amelynek ízületei érzékelőkkel vannak felszerelve. A vezérlő kézi manipulálása hatására a robotkar mester-szolga módban utánozza a mozgást. A rendszer az ESP8266 WiFi modult használja adatátviteli közegként. A master-slave kezelőfelület könnyen elsajátítható módszert kínál a robotkar manipulációjához. A Nodemcu (Esp8266) mikrokontrollerként használatos.

Ennek a projektnek a célja egy olcsó robot fejlesztése volt, amely oktatási célokra használható. Sajnos az ilyen, a modern világot forradalmasító robottechnológia hozzáférhetősége csak bizonyos intézményekre korlátozódik. Célunk ennek a projektnek a fejlesztése és nyílt forráskódúvá tétele, hogy az egyének saját maguk készíthessék, módosíthassák és felfedezhessék azt. Mivel alacsony költségű és teljesen nyílt forráskódú, ez inspirálhatja a diáktársakat e terület tanulására és felfedezésére.

Projekt társaim:

• Shubham likhar
• Nikhil Kore
• Palash lonare

Külön köszönet:

• Akash Narkhede
• Ram bokade
• Ankit korde

ebben a projektben nyújtott segítségükért.

Jogi nyilatkozat: Soha nem terveztem blogot vagy oktathatót írni erről a projektről, ami miatt nincs elegendő adatom a dokumentáláshoz. Ezt az erőfeszítést hosszú ideig a projekt megkezdése után teszik. Mégis nagyon igyekeztem minél több részletet hozni. hogy érthetőbb legyen. Lehet, hogy bizonyos ponton hiányosnak találod … remélem érted:) hamarosan csatolok egy youtube videót, amely bemutatja annak működését és egyéb tesztjeit

1. lépés: Szóval, hogyan működik?

Számomra ez a legizgalmasabb ebben a projektben.

(Nem állítom, hogy ez hatékony vagy helyes módszer kereskedelmi célokra, csak oktatási célokra)

Lehet, hogy látott olcsó robotokat szervomotorokkal, amelyek csak a demontációra szolgálnak. Másrészt vannak kozmetikus léptetőmotoros robotok bolygókerekes sebességváltóval stb. De ez a robot egyensúly közöttük.

szóval, miben különbözik?

Építkezés:

Ahelyett, hogy alacsonyabb teljesítményű és magas költségű léptetőmotort használtam, egyenáramú motorokat használtam, de mint tudjuk, az egyenáramú motorok nem rendelkeznek visszacsatoló vezérlőrendszerrel, és nem használhatók közvetlenül helyzetszabályozásra, ezeket szervomotorokká alakítottam, egy potenciométert visszacsatoló/helyzetérzékelőként.

Most, hogy egyszerűbbé tegyem a munkát, szétszedtem az olcsó 9 g -os szervoszalagot az áramköréből, és lecseréltem egyenáramú motorját nagy nyomatékú egyenáramú motorra, és kis edényét arra, amit a robotnak kaptam. Ezzel lehetővé tettem az alapértelmezett könyvtár használatát arduino nem hiszem el, hogy az egyszerűsített kódolás nagyon!

A 12 V egyenáramú motor meghajtásához 5 V -os szervochippel i L298N motorvezérlő modult használtam, amely 2 motort képes egyidejűleg meghajtani. A modul 4 IN1 -IN4 bemeneti tűvel rendelkezik, amelyek meghatározzák a motor forgásirányát. Ahol az IN1 és IN2 megfelel az 1. motornak és az IN3 -nak, IN4 - 2. motor. Ezért a szervo chip (eredetileg kis egyenáramú motor) kimeneti csatlakozói (2) az L298N modul kimenetének IN1 és IN2 csatlakozóihoz vannak csatlakoztatva, amelyek 12V egyenáramú motorhoz vannak csatlakoztatva.

Dolgozó:

Ily módon, ha a motortengely nincs a célpozícióban, akkor a potenciométer elküldi a szögértéket a szervochipnek, amely az L298N modult parancsolja, hogy vezesse a Cw vagy a CCW sorrendben a 12 V DC motort a mikrovezérlőtől kapott parancs szerint.

A rajz az ábrán látható (csak 1 motor esetén)

ESETÜNKBEN A PARANCSUNK (KÖZÖS SZÖGÉRTÉKEK) BÁBBVEZÉRLŐ KÜLBEN KÜLDIK, HOGY 10 -SZER KICSINÁLT TÉNYLEGES ROBOT MÁSOLÁSA, ÉS POTENCIOMÉTERE CSATLAKOZTATOTT MINDEN KÖZÖSSÉGBEN. Kb. ROBOT CSATLAKOZZON, HOGY MINDEN KÖZÖS MOTOR PRÓBÁLJUK FOGLALNI

Minden csuklónál egy potenciométert csatlakoztatnak a csuklótengelyhez a szíjhúzó mechanizmusok segítségével. Amikor a csukló elfordul, a potenciométer ennek megfelelően forog, és visszajelzést ad a csuklószög aktuális helyzetéről (a fenti képeken látható)

2. lépés: Használt összetevők:

Mint mondtam, továbbra is dolgozom és napról napra fejlesztem, ezért ezek a komponensek bizonyos jövőbeni frissítéseknél eltérhetnek.

a célom az volt, hogy a lehető leggazdaságosabb legyen, ezért nagyon szelektív összetevőket használtam. Ez az Arm fő dátumban használt fő összetevők listája (a jövőben is frissíteni fogom)

1. Esp8266 (2x)
2. DC motorok (különböző specifikációkkal Nyomaték és fordulatszám, 5x)
3. L298N motorvezérlő modul (2x)
4. Potenciométer (8x)
5. Alumínium csatorna (30x30, 1 méter)
6. egyéb hardver

3. lépés: Számítások és karok tervezése

A kar megtervezéséhez a catia v5 szoftvert használtam. A tervezési folyamat megkezdése előtt először ki kellett számítani a kapcsolatok hosszát és nyomatékát, amelyet minden egyes kötésnek fenn kell tartania.

először néhány feltételezéssel kezdtem, amelyek a következők:

1. A robot maximális terhelhetősége 500 g (1,1 font)
2. A robot teljes hatótávolsága 500 mm lesz
3. A robot súlya nem haladhatja meg a 3 kg -ot.

Linkhossz számítások

folytatva ezzel, kiszámítottam a link hosszát a "Robotkar tervezése I. M. H. van Haaren" című kutatási cikkre hivatkozva

I. M. H. van Haaren kitűnő példát hozott arra, hogyan határozta meg a láncok hosszát egy biológiai referencia segítségével, amelyben a fő testrészek hossza a teljes magasság töredékében van megadva. Ábrán látható.

a számítások után kiderült, hogy a linkek hossza

L1 = 274 mm

L2 = 215 mm

L3 = 160 mm

A markolat hossza = 150 mm

Nyomatékkalkulációk:

A forgatónyomaték kiszámításához a turque alapfogalmait és a mérnöki gyakorlatban alkalmazott nyomatékokat használtam.

anélkül, hogy dinamikus számításokba bocsátkoztam volna, néhány szűkítés miatt csak statikus nyomatékkal számoltam.

2 fő szereplő van, akik T = FxR nyomatékkal rendelkeznek, azaz esetünkben a terhelés (tömeg) és a linkhossz. Mivel a linkhosszak már meghatározottak, a következő dolog az alkatrészek súlyának megállapítása. Ebben a szakaszban nem voltam biztos abban, hogyan találom meg a minden egyes komponens súlyát anélkül, hogy ténylegesen megmérné.

szóval ezeket a számításokat iterációkban végeztem.

1. Feltételeztem, hogy az alumínium csatorna egységes anyag a teljes hosszában, és elosztottam a teljes 1 méteres bors súlyát a használni kívánt hús hosszával.
2. Ami az illesztéseket illeti, minden egyes kötéshez bizonyos értékeket feltételeztem (motor tömege + 3D nyomtatott alkatrész súlya + egyéb), a robot teljes súlyának feltételezése alapján.
3. az előző 2 lépés az első iterációs csuklónyomaték értékeket adta meg. Ezekhez az értékekhez az interneten találtam megfelelő motorokat, más specifikációkkal és súlyokkal együtt.
4. A második iterációban a motorok eredeti súlyát használtam (amit a 3. lépésben tudtam meg), és ismét kiszámítottam az egyes kötések statikus nyomatékát.
5. Ha a 4. lépésben a végső nyomatékértékek alkalmasak voltak a 3. lépésben kiválasztott motorokra, akkor véglegesítettem, hogy a motor egyébként ismételje meg a 3. és 4. lépést, amíg a megadott értékek meg nem felelnek a tényleges motor specifikációknak.

Kar kialakítása:

Ez volt az egész projekt legalaposabb feladata, és majdnem egy hónapig tartott a tervezése. Egyébként csatoltam fényképeket a CAD modellről. Itt hagyok egy linket, amellyel letölthetem ezeket a CAD fájlokat valahova:

4. lépés: Az alkatrészek 3D nyomtatása

Minden alkatrész az ízületek 3D nyomtatása egy 99 $ -os nyomtatón, 100x100x100 mm nyomtatási területtel (igen, ez igaz !!)

nyomtató: Easy threed X1

Felvettem a főbb részekről készült fényképeket a szeletelőből, és linkelni fogom az összes alkatrész CAD -fájlkatfile -jéhez, valamint az stl -hez, hogy tetszés szerint letölthesse és szerkeszthesse.

5. lépés: Vállízületi összeszerelés (J1 és J2 kötés)

Az alaplapot egy másik nyomtatón nyomtatták ki, mivel 160 mm átmérőjű volt. Úgy terveztem a vállcsuklót, hogy az meghajtható legyen (forgás z tengely körül) akár szíjhúzóval, akár fogaskerék -mechanizmussal, amely a mellékelt képeken látható fent. az alsó rész a csapágyak illeszkedése, amelyet egy központi tengelyre szerelnek a kar mozgatására szolgáló platformra (tartály, a jövőben többet).

a Nagyobb fogaskerék (sárga a képen) alumínium csatornára van szerelve, anyás csavarokkal, amelyeken 8 mm -es acéltengely halad, amely körül a 2 csukló mozog. Az áttétel az első csuklónál 4: 1, a második csuklónál pedig 3,4: 1

6. lépés: Könyök és ízület (J3 ízület)

(A KÉPEK NÉHÁNYA AZ ÉPÍTÉS UTÁN VAN, NEM NEM VOLTAM TELJES FOLYAMATI KÉPEK)

A könyökcsukló a vállízület után következik. Ez egy 2 darabból álló ízület, az egyik az egyik és a másik a 2.

Az 1. darabban van egy egyenáramú motor hajtókerékkel, a 2. rész pedig nagyobb fogaskerékkel és csapágypárral van felszerelve a tengelyhez. A hajtómű aránya megegyezik a J2-ével, azaz 3,4: 1, de a motor 12,5 KG-CM 60 RPM.

A J3 csukló 160 fokos mozgástávolsággal rendelkezik.

7. lépés: Csuklóízület (J4 és J5 kötés)

(A KÉPEK NÉHÁNYA AZ ÉPÍTÉS UTÁN VAN, NEM NEM VOLTAM TELJES FOLYAMATI KÉPEK)

A könyökcsukló után a csuklócsukló. Ez ismét 2 darabból áll, az egyik az előző linken (azaz a 2. linken), a másik pedig a J5 motívumon, amely forgatja a csuklószerelvényt. A sebességváltó aránya 1,5: 1, a használt egyenáramú motor pedig 10 RPM 8 KG -CM.

Ez a csukló J4 90 fokos, J5 pedig 360 fokos forgatási tartományú.

8. lépés: Fogó

Ez volt az egyik legnehezebb tervezési feladat. Úgy tervezték, hogy a legtöbb tárgyat fel tudja venni, és a legtöbb körülöttünk lévő tárgyhoz, például ajtózárakhoz, kilincsekhez, rudakhoz stb.

Amint az a képen látható, a motorhoz hajtott csavaros fogaskerék az óramutató járásával megegyező vagy az óramutató járásával ellentétes irányú fogaskerekekhez csatlakozik, amelyek ujjaikhoz vannak csatlakoztatva a nyitáshoz és a záráshoz.

A fogó minden része látható a mellékelt képen.

9. lépés: Bábvezérlő készítése a robotkarhoz

A bábvezérlő a tényleges robotkar pontos, 10 -szer kicsinyített változata. 4 potenciométert tartalmaz 4 csuklónál, nevezetesen a J1, J2, J3, J4 és a J5 csuklót, amelyek nyomógombbal működtethetők a folyamatos forgáshoz (A fogó elforgatása művelet)

A potenciométerek érzékelik az ízületek forgási szögét, és ezt az értéket 1-1023 között elküldik a Nodemcu-nak, amelyet 1-360-ra alakítanak vissza, és egy másik Nodemcu-hez küldik wifi-n keresztül. Mivel az ESP8266 csak egy analóg bemenettel rendelkezik, 4051-es multiplexert használtam.

oktatóanyag a 4051 multiplexer használatához az esp8266 segítségével-https://www.instructables.com/id/How-to-Use-Multip…

sematikus ábrája:

Amint befejezem, hozzáadok egy sematikus diagramot (ha valakinek sürgősen szüksége van rá, vegye fel velem a kapcsolatot addig)

Kód: (itt is szerepel)

drive.google.com/open?id=1fEa7Y0ELsfJY1lHt6JnEj-qa5kQKArVa

10. lépés: Elektronika

Csatolok képeket a jelenlegi munkáról. A teljes elektronika és a sematikus diagram még nem teljes. Hamarosan közzéteszem a frissítéseket, addig maradjon kapcsolatban:)

(Megjegyzés: Ez a projekt még nem fejeződött be. A jövőben nyomon követem a frissítéseket)

11. lépés: Kódok és sematika egy helyen

A robot teljes vázlatait és a végleges kódot elkészítem, amint befejezem!