Pacsi! - Robotos kéz: 5 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:41

Egy napon a Mérnöki alapelvek osztályban elhatároztuk, hogy összetett gépeket készítünk VEX alkatrészekből. Ahogy elkezdtük építeni a mechanizmusokat, nehezen tudtunk több összetett összetevőt kezelni, amelyeket össze kellett szerelni. Ha valaki kezet nyújtana nekünk…

Ezért mi, három Irvingtoni gimnáziumi diák Ms. Berbawy osztályában úgy döntöttünk, hogy megtervezzük és megépítjük a robot kezét a semmiből! 150 dolláros pénzügyi becsléssel erre az S. I. D. E. A projekt során meg tudtuk szerezni az összes szükséges anyagot, miközben továbbra is jóval a költségvetés alatt maradtunk. A késztermék egy Arduino Mega, egy szervo mikrovezérlő, amely 5 szervót hajt, amelyek mindegyike egy 3D nyomtatott ujjhoz van csatlakoztatva, amely képes mozogni egyénileg, reális kötésekkel.

Ez egy nagyon ambiciózus projekt volt, tekintettel arra, hogy a csapat minden tagja középiskolás diák, sűrű junior programokkal, és nincs előzetes tapasztalatuk az elektronika alapú projekt teljes tervezésében. Míg csapatunk tagjai rendelkeznek korábbi számítógéppel segített tervezési és programozási tapasztalatokkal, a projekt megnyitotta a szemünket az Arduino hardver és szoftver potenciális hasznosításáról, olyan módon, amely segíthet az embereknek napi feladataik elvégzésében.

3D modellezés és tervezés, Patrick Ding

Dokumentáció és Arduino kódolás Ashwin Natampalli

Arduino kódolás, áramkör és Sandesh Shrestha utasítása

1. lépés: CADing

Ennek a projektnek az első és legnehezebb lépése az, hogy 3D -s modelleket készítsen a kéz ujjaival. Ehhez használja az Autodesk Inventort vagy az Autodesk Fusion 360 -at (mi az előbbit használtuk).

Alkatrészfájlok használatával hozzon létre egyedi CAD -eket a tenyér, az ujjszegmensek, az ujjbegyek és a rózsaszín ujjszegmensek számára. Ez alkatrészenként 2-3 felülvizsgálatot igényelt, hogy az illesztések és a szervók zökkenőmentesen működjenek.

A kialakítás tetszőleges méretű és formájú lehet, amíg a húr útja lehetővé teszi az ujjak zökkenőmentes működését, és az ujjak nem ütköznek egymással. Győződjön meg arról is, hogy az ujjak teljesen össze tudnak esni zárt ököl miatt.

A karakterlánc -interferenciák és a nem hatékony útvonalak problémájának megoldásához, amint azt az első verzióban is találtuk, hurkok, karakterlánc -vezetők és alagutak kerültek hozzáadásra, hogy a karakterlánc könnyen húzható és lazítható legyen.

Itt vannak a véglegesített multiviews és.stl CAD fájlok az egyes részekhez.

2. lépés: 3D nyomtatás

A CAD -ok kitöltése után 3D -s nyomtatóval életre keltheti őket. Ez a szakasz többször megismételhető, ha az Ön által létrehozott tervnek vannak problémái.

3D nyomtatáshoz először exportálja a CAD fájlokat STL fájlokként. Ehhez az Autodesk Inventor alkalmazásban kattintson a Fájl legördülő menüre, és vigye az egérmutatót az Exportálás fölé. A felugró ablakban válassza a CAD formátum lehetőséget. A Windows Fájlkezelő menüjében kiválaszthatja a.stl fájlt a legördülő menüből, és kiválaszthatja a fájl helyét.

Miután a fájl készen áll a 3D nyomtató szoftverébe történő importálásra, konfigurálja a nyomtatási beállításokat tetszése szerint, vagy kövesse a konfigurációnkat. A 3D nyomtatószoftver márkánként eltérő, ezért olvassa el az online útmutatókat vagy a kézikönyvet a szoftverben való navigáláshoz. A kezünkben a LulzBot Mini -t használtuk, mivel az osztályunkban rendelkezésre állt.

3. lépés: Összeszerelés

Miután az összes alkatrészt sikeresen kinyomtatta a tutajokkal és a támaszokkal (ha van), akkor minden alkatrészt elő kell készíteni az összeszerelés megkezdéséhez.

Mivel a 3D nyomtatók nem túl pontosak, és apró hibák is előfordulhatnak, használjon reszelőt, csiszolópapírt vagy csiszoló tartozékkal ellátott dremelt bizonyos arcok simításához. A zökkenőmentes kötési művelet érdekében összpontosítson az ízületekre és a metszéspontokra, hogy simítsa az optimális csatlakozásokat. Néha az ujjszegmensekben és más részekben lévő húr alagutak beborulhatnak vagy tökéletlenek lehetnek. A nagyobb eltérések kiküszöbölése érdekében használjon 3/16 hüvelykes fúrót az alagutak fúrásához.

A legegyszerűbb húrirányításhoz szerelje össze minden ujját, vezesse át a húrt az alagutakon, és kösse össze a húrt a végén. Mielőtt egyesíti az ujjait a tenyérrel, futtassa a húrt a vezetőhurkokon, egyet a felső és egyet az alján, a tenyéren, és rögzítse a szervóhoz tartozó orsók ellentétes végeihez. Ha a hosszúság megfelelő, csatlakoztassa az ujjait a tenyérhez.

A fenti képen látható módon illesszen be m4x16 csavarokat minden egyes csuklóba, hogy az ujját összetartsa. Ismételje meg minden ujjépítési folyamatot minden ujjnál, a rózsaszínű szegmensek használatával.

4. lépés: Arduino áramkör

A csontváz összeszerelésével most az izmokat és az agyat kell integrálni. Az összes szervó egyszerre történő futtatásához az Adafruit PCA 9685 motorvezérlőjét kell használnunk. Ez a vezérlő külső tápegységet igényel a szervók táplálásához. A vezérlő és a saját kódolókönyvtár használata itt található.

Amikor az Arduino -t a vezérlőhöz csatlakoztatja, ügyeljen arra, hogy rögzítse a tűkimeneteket. Ha Arduino Mega -t használ, akkor erre nincs szükség. Minden esetben azonban ügyeljen arra, hogy rögzítse, hogy a motorvezérlő mely portjaira vannak felszerelve a szervók.

A szervók és a kéz IR vezérléséhez történő vezérléséhez egyszerűen csatlakoztassa az infravörös vevőt, és csatlakoztassa az áramot és a földet az Arduino -hoz az adatvezetékkel a digitális portokhoz. Ellenőrizze az infravörös vevő csatlakozóját, hogy megbizonyosodjon a megfelelő kábelezésről. Példa az áramkörünkre.

Ennek az áramkörnek a létrehozásához először csatlakoztassa az egyes szervókat a szervomotor vezérlőpaneljének 3., 7., 11., 13. és 15. portjához. Csatlakoztassa az egész táblát az alján található öt csapszeggel egy kenyérsütő táblához.

Áthidaló kábelek segítségével csatlakoztassa az Arduino 5 V -os tápellátását és a földelést a kenyértábla egyik tápkábeléhez (Győződjön meg róla, hogy címkézi vagy megjegyzi, hogy melyik oldalon van 5 V -os Arduino!). Ez táplálja az infravörös érzékelőt és a motorvezérlőt. Csatlakoztasson egy 6V -os tápegységet a másik hálózati sínhez. Ez táplálja a szervókat.

Helyezze az infravörös érzékelő mindhárom érintkezőjét a kenyérsütő lapba. Csatlakoztassa a tápellátást és a földelést az 5 V -os sínhez, és a kimenetet a 7 -es digitális érintkezőhöz.

Mivel Arduino Mega -t használunk, a motorvezérlő SDA és SCL portjai az Arduino SDA és SCL portjaival lesznek összekötve. A VCC és a földi portok az 5V -os sínhez csatlakoznak.

Ha az akkumulátort a saját tápcsatlakozójához csatlakoztatja, használjon áthidaló kábeleket és egy kis laposfejű csavarhúzót, hogy a zöld tápegység csatlakozóján keresztül biztosítsa a szervomotorok áramellátását.

Győződjön meg arról, hogy minden csatlakozás szoros, és ellenőrizze újra az összes kábelvezetéket a csatlakoztatott TinkerCAD áramkörünkkel.

5. lépés: Kódolás

Ennek a leosztásnak az utolsó lépése az üzembe helyezés előtt az Arduino kódolása. Mivel ez a kéz a PCA 9685 motorvezérlőt használja, először telepítenünk kell a könyvtárat, ami az Arduino kódolási környezeten belül is elvégezhető. Telepítés után telepítse az IRremote könyvtárat is az IR Remote funkcióhoz.

Kódunkban az infravörös távirányító minden gombjának meghatározása 8 számjegyű kóddal jelenik meg. Ezeket az IRRecord program segítségével találták meg, amely a Soros Monitorra nyomtatja ki az egyes gombok 8 számjegyű kódját.

Csatolva van mind az IRRecord program, mind a véglegesített kézi vezérlőprogram.

A kód elején szerepeljenek az IRremote, Wire és Adafruit_PWMServoDriver könyvtárak.

Ezt követően az IRRecord eredményeivel határozza meg az infravörös távirányító minden gombját. Bár mindegyikre nincs szükség (csak 10 szükséges), mindez lehetővé teszi a gyors bővítést (funkciók és előre beállított gesztusok hozzáadása) a jövőre nézve. Hozza létre a pwm -t a szervo meghajtó funkcióval, és rendelje hozzá a szervókat a motorvezérlő csapjaihoz. Használja ugyanazokat a SERVOMAX/MIN értékeket, mint az ábrán. Rendelje hozzá az infravörös érzékelő digitális bemeneti érintkezőjét 7 -hez, és inicializálja.

Nyissa meg a beállítási funkciót a Serial inicializálásával 9600 baud sebességgel. Engedélyezze az infravörös érzékelőt, és indítsa el a szervót 60 Hz szervo frekvenciával.

Végül hozzon létre egy if/else kapcsolót az infravörös távirányító bejövő átvitele alapján a hurok funkcióban. Ezután hozzon létre egy kapcsolót/tokot a használt IR távirányító minden gombjának esetével. Ezek megváltoztathatók a kívánt vezérlőkhöz. Minden esetben nyomtassa ki a soros monitorra nyomott gombot a hibakereséshez, és használja a for hurkot a szervó mozgatásához. Az összes eset létrehozása után a hurok funkció bezárása előtt kapcsolja be újra az infravörös érzékelőt, hogy további bejövő jeleket kapjon. A szervók kódolása a motorvezérlő kártyán keresztül megtalálható a https://learn.adafruit.com/16-channel-pwm-servo-driver?view=all oldalon.