Moslty 3D-painettu robotti, joka jäljittelee nuken ohjainta: 11 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 08:59

Olen koneenrakennuksen opiskelija Intiasta ja tämä on My Undergrad tutkinto -projekti.

Tämä projekti keskittyy edullisen robottivarren kehittämiseen, joka on enimmäkseen 3D -painettu ja jossa on 5 DOF: ää ja 2 -sorminen tarttuja. Robottivartta ohjataan nuken ohjaimella, joka on saman vapauden astetta omaavan robottivarren pöytämalli, jonka nivelet on varustettu antureilla. Ohjaimen manipulointi käsin saa robotin käsivarten matkimaan liikettä isäntä-orja-tavalla. Järjestelmä käyttää ESP8266 WiFi -moduulia tiedonsiirtovälineenä. Isäntä-orja-käyttöliittymä tarjoaa helposti opittavan tavan robotti käsivarren käsittelyyn. Nodemcu (Esp8266) käytetään mikro -ohjaimena.

Tämän projektin tavoitteena oli kehittää edullinen robotti, jota voidaan käyttää opetustarkoituksiin. Pyrimme kehittämään ja tekemään tästä projektista avoimen lähdekoodin, jotta ihmiset voivat tehdä, muokata ja tutkia sitä itse. Koska tämä on edullinen ja täysin avoin lähdekoodi, se voi innostaa oppilaita oppimaan ja tutkimaan tätä alaa.

Projektitoverini:

• Shubham likhar
• Nikhil Kore
• Palash lonare

Erityiskiitokset:

• Akash Narkhede
• Ram bokade
• Ankit korde

heidän avustaan tässä projektissa.

Vastuuvapauslauseke: En ole koskaan suunnitellut blogin kirjoittamista tai ohjattavaa tästä projektista, minkä vuoksi minulla ei ole riittävästi tietoja sen dokumentoimiseen nyt. Tätä työtä tehdään kauan projektin aloittamisen jälkeen. jotta se olisi ymmärrettävämpi. saatat löytää sen puutteellisena jossain vaiheessa … toivottavasti ymmärrät:) sisällytän pian youtube -videon, joka näyttää sen toimivuuden ja muut testit

Vaihe 1: Kuinka se toimii?

Tämä on mielenkiintoisin asia tässä projektissa.

(En väitä, että tämä olisi tehokas tai oikea tapa käyttää sitä kaupallisiin tarkoituksiin. Se on tarkoitettu vain opetuskäyttöön)

olet ehkä nähnyt halpoja robotteja, joissa on servomoottorit ja jotka ovat vain demontraatiota varten.

niin miten se eroaa?

Rakenne:

Pienemmän tehon ja kalliiden askelmoottorien käytön sijaan käytin tasavirtamoottoreita, mutta kuten tiedämme, tasavirtamoottoreissa ei ole takaisinkytkentäohjausjärjestelmää, eikä niitä voida käyttää suoraan asennon säätöön, muutin ne servomoottoreiksi lisäämällä potentiometrin takaisinkytkentä-/asentoanturiksi.

Työn yksinkertaisuuden vuoksi tein sen, että purin halvan 9 g: n servoliuskan pois piireistään ja korvasin sen tasavirtamoottorin suurella vääntömomentilla tasavirtamoottorilla ja sen pienen potin sillä, mitä minulla oli robotille. arduino, et voi uskoa, että yksinkertaistettu koodaus on paljon!

Ajettaessa 12 V tasavirtamoottoria 5 V: n servosirulla i käytettiin L298N -moottorinohjainmoduulia, joka voi käyttää kahta moottoria samanaikaisesti. Moduulissa on 4 tuloa IN1 - IN4, jotka päättävät moottorin pyörimissuunnan. IN4 - 2. moottori. Siksi servosirun (alun perin pienen tasavirtamoottorin) lähtöliitännät (2) on kytketty L298N -moduulin ulostulon IN1 ja IN2, joiden lähtö on kytketty 12 V: n tasavirtamoottoriin.

Työskentely:

Tällä tavalla, kun moottorin akseli ei ole kohdeasennossa, potentiometri lähettää kulma -arvon servosiruun, joka käskee L298N -moduulia ajamaan joko Cw- tai CCW -moottoria vuorotellen 12 V DC -moottorin kierroksilla mikro -ohjaimelta saadun käskyn mukaisesti.

Kaavio on esitetty kuvassa (vain yhdelle moottorille)

ASIAKASKOMENTOJEMME (YHTEISET KULMAARVOT) LÄHETETÄÄN NUKKESÄÄTIMEN KAUTTA, JOKA ON 10 -KERTAINEN ASETETTU KOPIO TODELLISESTA ROBOTISTA JA SINULLE ON POTENTIOMETRI KYTKETTY JOKAINEN NIVELTÄ. ROBOTI YHTEYTTÄ, JOKA YHTEINEN MOOTTORI YRITTÄÄ HYVÄKSYMÄÄN

Jokaisessa liitoksessa potentiometri on liitetty nivelakseliin hihnapyörän mekanismin avulla. Kun liitos pyörii, potentiometri pyörii vastaavasti ja antaa palautetta nivelkulman nykyisestä asennosta (näkyy yllä olevissa kuvissa)

Vaihe 2: Käytetyt komponentit:

Kuten sanoin, työskentelen edelleen ja parannan sitä päivittäin, joten nämä komponentit voivat erota joissakin tulevissa päivityksissä.

Tavoitteeni oli tehdä siitä mahdollisimman taloudellinen, joten käytin erittäin valikoivia komponentteja. Tämä on luettelo tärkeimmistä komponenteista, joita käytettiin Arm til -päivänä (päivitän sitä jatkossa)

1. Esp8266 (2x)
2. Tasavirtamoottorit (vaihtelevat eritelmät Vääntö ja nopeudet, 5x)
3. L298N moottorin ohjainmoduuli (2x)
4. Potentiometri (8x)
5. Alumiinikanava (30x30, 1 metri)
6. sekalaisia laitteita

Vaihe 3: Laskut ja varren suunnittelu

Varren suunnittelussa käytin catia v5 -ohjelmistoa. Ennen suunnitteluprosessin aloittamista oli ensin laskettava linkkien pituudet ja vääntömomentti, jotka kunkin liitoksen on kestettävä.

Aloitin ensin oletuksilla, joihin kuuluu:

1. Robotin suurin hyötykuorma on 500 g (1,1 lb)
2. robotin kokonaispituus on 500 mm
3. Robotin paino saa olla enintään 3 kg.

Linkin pituuden laskelmat

Jatkan tästä lasken linkin pituuden viitaten tutkimuspaperiin "Design of a Robotic Arm By I. M. H. van Haaren"

I. M. H. van Haaren esitti erinomaisen esimerkin siitä, kuinka hän määritti linkkien pituudet käyttämällä biologista viitettä, jossa tärkeimpien kehon osien pituudet ilmaistaan murto -osana kokonaiskorkeudesta. Se on esitetty kuvassa

laskelmien jälkeen linkkien pituudet tulivat olemaan

Pituus = 274 mm

L2 = 215 mm

L3 = 160 mm

Kahvan pituus = 150 mm

Vääntömomenttilaskelmat:

Vääntömomentin laskemisessa käytin turkin peruskäsitteitä ja tekniikassa käytettyjä momentteja.

menemättä dynaamisiin laskelmiin lepäsin vain staattisiin vääntömomenttilaskelmiin joidenkin supistusten vuoksi.

on 2 suurta toimijaa, joiden vääntömomentti on T = FxR eli meidän tapauksessamme kuorma (massa) ja linkin pituus. Koska linkkien pituudet on jo määritetty, seuraava asia on selvittää komponenttien paino. kunkin komponentin painot mittaamatta sitä.

joten tein nämä laskelmat iteraatioina.

1. Oletin alumiinikanavan yhtenäiseksi materiaaliksi koko pituudeltaan ja jaoin 1 metrin kokonaisen pippurin painon käyttämäni pippuripituuden kanssa.
2. Mitä tulee liitoksiin, oletin kullekin liitokselle tietyt arvot (moottorin paino + 3D -tulostetun osan paino + muu) perustuen robotin kokonaispainooletukseen.
3. Edelliset 2 vaihetta antoivat minulle ensimmäisen iterointiliitoksen vääntömomentin arvot. näille arvoille löysin sopivat moottorit Internetistä sekä muut tiedot ja painot.
4. Toisessa iteroinnissa käytin moottoreiden alkuperäisiä painoja (jotka sain selville kolmannessa vaiheessa) ja laskin jälleen staattiset vääntömomentit kullekin liitokselle.
5. Jos vaiheen 4 lopulliset vääntömomenttiarvot sopivat vaiheessa 3 i valittuihin moottoreihin, päädyin siihen, että moottori toistaa muutoin vaiheet 3 ja 4, kunnes muotoilut arvot vastaavat todellisia moottorin teknisiä tietoja.

Varren muotoilu:

Tämä oli koko projektin huolellisin tehtävä, ja sen suunnitteluun meni melkein kuukausi. Muuten olen liittänyt kuvia CAD -mallista ja jätän linkin näiden CAD -tiedostojen lataamiseen jonnekin täältä:

Vaihe 4: Osien 3D -tulostus

Kaikki osat ovat saumattomasti 3D -tulostettuja 99 dollarin tulostimella, jonka tulostusalue on 100x100x100 mm (kyllä, se on totta!)

tulostin: Easy threed X1

Olen sisällyttänyt tärkeimpien osien valokuvia viipalointilaitteesta ja linkitän kaikkiin osiin CAD -tiedoston catfile sekä stl, jotta voit ladata ja muokata haluamaasi.

Vaihe 5: Olkapään liitos (liitokset J1 ja J2)

Pohjalevy painettiin eri tulostimella, koska se oli halkaisijaltaan 160 mm. Suunnittelin olkapään nivelen siten, että sitä voidaan ajaa (kierto z -akselin ympäri) joko hihna- tai hammaspyörämekanismilla, jonka näet mukana olevista kuvista alaosa on laakereiden sovituspaikka, joka asennetaan sitten keskiakselille alustalle, joka on suunniteltu liikuttamaan käsivartta (säiliö, enemmän siitä tulevaisuudessa).

Isompi hammaspyörä (kuvassa keltainen) on asennettu alumiinikanavaan mutteripulteilla, joiden läpi 8 mm: n teräsakseli kulkee, jonka ympäri nivel 2 liikkuu.

Vaihe 6: Kyynärpää ja nivel (liitos J3)

(Jotkut KUVISTA OVAT RAKENNETTUJEN JÄLKEEN, MILLÄ MINULLA EI OLE VALMIS KUVIA)

Kyynärpää on seuraava olkapään jälkeen. Se on 2 -osainen nivel, joista toinen on kytketty yhteen ja toinen linkkiin 2.

Kappaleessa 1 on tasavirtamoottori ja hammaspyörä, ja osassa 2 on suurempi hammaspyörä ja laakeripari akselin tukemiseksi. Välityssuhde on sama kuin J2, eli 3,4: 1, mutta moottori on 12,5 KG-CM 60 RPM.

Liitoksella J3 on 160 asteen liikealue.

Vaihe 7: Ranteenivel (liitos J4 ja J5)

(Jotkut KUVISTA OVAT RAKENNETTUJEN JÄLKEEN, MILLÄ MINULLA EI OLE VALMIS KUVIA)

Kyynärnivelen jälkeen on ranne. -CM.

Tässä liitoksessa J4 on 90 asteen kiertoalue ja J5: ssä 360 astetta.

Vaihe 8: Tarttuja

Tämä oli yksi vaikeimmista suunniteltavista tehtävistä. Se on suunniteltu siten, että se voi poimia suurimman osan esineistä ja tarttua useimpiin ympärillämme oleviin tavaroihin, kuten oven salvat, kahvat, tangot jne.

Kuten kuvassa näkyy, kierukkavaihde, joka on kiinnitetty moottoriin, vaihteisiin myötä- tai vastapäivään, jotka on liitetty sormiin niiden avaamiseksi ja sulkemiseksi.

Kaikki tarttimen osat näkyvät liitteenä olevassa kuvassa.

Vaihe 9: Nukkeohjaimen valmistaminen robottivarteen

Nukkeohjain on tarkka 10 kertaa pienennetty versio todellisesta robottivarresta. Siinä on 4 potentiometriä, jotka on asennettu neljään niveleen eli J1, J2, J3, J4 ja liitos J5, joita käytetään painikkeella jatkuvaan kiertoon operaatio)

potentiometrit havaitsevat nivelten kiertokulman ja lähettävät tämän arvon välillä 1-1023 Nodemcuun, joka muunnetaan takaisin arvoon 1-360 ja lähetetään toiseen Nodemcuun wifi-yhteyden kautta.

opetusohjelma 4051-multiplekserin käyttämiseen esp8266: n kanssa-https://www.instructables.com/id/How-to-Use-Multip…

kaaviokuva:

Lisään kaavion heti, kun saan sen valmiiksi (jos joku tarvitsee sitä kiireesti, ota minuun yhteyttä siihen asti)

Koodi: (sisältyy myös tähän)

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

Vaihe 10: Elektroniikka

Liitän kuvia nykyisestä työstä. Täysi elektroniikka ja kaavio eivät ole vielä valmiita. Lähetän päivityksiä pian, kunnes pysyt yhteydessä:)

(Huomaa: Tämä projekti ei ole vielä valmis, seuraan päivityksiä tulevaisuudessa)

Vaihe 11: Koodit ja kaavio yhdessä paikassa

Teen täydelliset robottikaaviot ja lopullisen koodin heti, kun olen saanut sen valmiiksi!