Ylävitonen! - Robottikäsi: 5 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:01

Eräänä päivänä Engineering Principles of Engineering -luokassamme päätimme rakentaa yhdistelmäkoneita VEX -osista. Kun aloitimme mekanismien rakentamisen, kamppailimme hallita useita monimutkaisia komponentteja, jotka oli koottava yhteen. Jos vain joku voisi auttaa meitä…

Siksi me, kolme Irvingtonin lukion oppilasta Berbawyn luokassa, päätimme suunnitella ja rakentaa robottikäden tyhjästä! Taloudellinen arvio on 150 dollaria tälle S. I. D. E. Hanke, pystyimme hankkimaan kaikki tarvittavat materiaalit pysyen hyvin budjetin alapuolella. Valmis tuote koostuu Arduino Megasta, servomikro-ohjaimesta, joka ohjaa 5 servoa, joista jokainen on kytketty 3D-tulostetulle sormelle, joka pystyy liikkumaan yksilöllisesti realistisilla liitoksilla.

Tämä oli erittäin kunnianhimoinen hanke, kun otetaan huomioon, että kaikki tiimin jäsenet ovat lukio -oppilaita, joilla on kiireiset junioreiden aikataulut, eikä heillä ole aikaisempaa kokemusta elektroniikkaan perustuvan projektin täydellisestä suunnittelusta alusta alkaen. Vaikka tiimimme jäsenillä on aiempaa tietokoneavusteista suunnittelua ja ohjelmointia, projekti avasi silmämme Arduinon laitteistojen ja ohjelmistojen mahdollisesta hyödyntämisestä tavalla, joka voisi auttaa ihmisiä suorittamaan päivittäiset tehtävänsä.

3D -mallinnus ja suunnittelu Patrick Dingiltä

Dokumentaatio ja Arduino -koodaus, kirjoittanut Ashwin Natampalli

Arduino -koodaus, piiri ja opastettava Sandesh Shrestha

Vaihe 1: CADing

Ensimmäinen ja vaikein vaihe tähän projektiin on luoda 3D -malleja kädestä sormilla. Voit tehdä tämän käyttämällä Autodesk Inventoria tai Autodesk Fusion 360: tä (käytimme ensimmäistä).

Osatiedostojen avulla voit luoda yksittäisiä CAD -kämmen-, sormisegmenttejä, sormenpäitä ja vaaleanpunaisia sormisegmenttejä. Tämä kesti 2-3 tarkistusta per osa, jotta saumojen ja servojen toiminta olisi sujuvaa.

Suunnittelu voi olla minkä kokoinen ja muotoinen tahansa, kunhan merkkijono mahdollistaa sujuvan sormen toiminnan ja sormet eivät törmää toisiinsa. Varmista myös, että sormet voivat romahtaa kokonaan kiinni nyrkkiin.

Jousihäiriöiden ja tehottomien reittien ongelman korjaamiseksi, kuten löysimme ensimmäisessä versiossa, lisättiin silmukoita, merkkijonooppaita ja tunneleita, jotta merkkijono voidaan helposti vetää ja löysätä.

Tässä ovat valmiit monikatselumme ja.stl CAD -tiedostot kullekin osalle.

Vaihe 2: 3D -tulostus

Kun olet suorittanut CAD -tiedostot, käytä niitä 3D -tulostimella. Tämä vaihe voidaan toistaa useita kertoja, jos luomassasi mallissa on ongelmia.

3D -tulostukseen vie ensin CAD -tiedostot STL -tiedostoina. Voit tehdä tämän Autodesk Inventorissa napsauttamalla avattavaa Tiedosto -valikkoa ja viemällä hiiren Vie. Valitse ponnahdusikkunassa CAD -muoto. Windowsin tiedostonhallinta -valikon avulla voit valita.stl -tiedoston avattavasta valikosta ja valita tiedoston sijainnin.

Kun tiedosto on valmis tuotavaksi 3D -tulostimen ohjelmistoon, määritä tulostusasetukset haluamallasi tavalla tai noudata asetuksiamme. 3D -tulostinohjelmisto vaihtelee tuotemerkin mukaan, joten tutustu online -oppaisiin tai käyttöoppaaseen niiden ohjelmistojen selaamiseen. Kädessämme käytimme LulzBot Miniä sen saatavuuden vuoksi luokassa.

Vaihe 3: Kokoonpano

Kun kaikki osat on 3D -tulostettu onnistuneesti lautoilla ja tuilla (tarvittaessa), jokainen osa on valmisteltava kokoonpanon aloittamiseksi.

Koska 3D -tulostimet eivät ole kovin tarkkoja ja pieniä epätäydellisyyksiä voi esiintyä, tasoita tietyt kasvot viilalla tai hiekkapaperilla tai dremelillä, jossa on hiomalaite. Tasaisen liitoksen saavuttamiseksi keskity niveliin ja leikkauspisteisiin tasoittaaksesi optimaaliset liitokset. Joskus sormisegmenttien ja muiden osien merkkijonotunnelit voivat luhistua sisään tai olla epätäydellisiä. Suurten erojen torjumiseksi poraa tunnelit poralla, jossa on 3/16 tuuman poranterä.

Helpointa merkkijonon reititystä varten koota jokainen sormi, reititä merkkijono tunneleiden läpi ja sido naru päihin. Ennen jokaisen sormen yhdistämistä kämmenelle, vedä naru kämmenen ohjaussilmukoiden läpi, yksi yläreiän läpi ja toinen alareunan läpi, ja kiinnitä se servon mukana toimitettujen rullien vastakkaisiin päihin. Kun pituudet ovat oikein, yhdistä sormet kämmenelle.

Kuten yllä olevassa kuvassa, aseta m4x16 -ruuvit jokaiseen niveleen pitääksesi sormea yhdessä. Toista jokainen sormenrakennusprosessi kaikille sormille käyttämällä vaaleanpunaisia segmenttejä.

Vaihe 4: Arduino -piiri

Kun luuranko on koottu, nyt lihakset ja aivot on integroitava. Jotta voimme suorittaa kaikki servot kerralla, meidän on käytettävä Adafruutin PCA 9685 -moottoriohjainta. Tämä ohjain vaatii ulkoisen virtalähteen servojen virran saamiseksi. Tämän ohjaimen ja sen omistaman koodauskirjaston käyttö löytyy täältä.

Kun liität Arduinon ohjaimeen, varmista, että tallennat nastan lähdöt. Jos käytät Arduino Mega -laitetta, tämä ei ole välttämätöntä. Varmista kuitenkin kaikissa tapauksissa, että tallennat, mihin moottorinohjaimen portteihin servot on asennettu.

Jos haluat ohjata servoja ja kättä IR -kaukosäätimellä, lisää vain IR -vastaanotin ja kytke virta ja maadoitus Arduinoon datakaapelin avulla digitaalisiin portteihin. Tarkista IR -vastaanottimen nasta ja varmista, että johdotus on oikein. Esimerkki piiristämme on esitetty.

Luo tämä piiri kytkemällä ensin jokainen servo servomoottorin ohjauskortin portteihin 3, 7, 11, 13 ja 15. Kiinnitä koko lauta viiden tapin pohjalla leipälautaan.

Kytke Arduinon 5 V: n virta ja maadoitusjohtojen avulla leipälevyn yhteen virtakiskoon (muista merkitä tai muistaa, millä puolella on 5 V Arduinolta!). Tämä käynnistää infrapuna -anturin ja moottorin ohjaimen. Liitä 6 V: n virtalähde toiseen virtakiskoon. Tämä saa voiman servoille.

Aseta infrapuna -anturin kaikki 3 nastaa leipälevyyn. Kytke virta ja maadoitus 5V -kiskoon ja lähtö digitaaliseen nastaan 7.

Koska käytämme Arduino Mega -laitetta, moottorin ohjaimen SDA- ja SCL -portit yhdistetään Arduinon SDA- ja SCL -portteihin. VCC ja maaportit yhdistetään 5V -kiskoon.

Kun akku on kytketty omaan virtakiskoon, käytä hyppyjohtoja ja pientä litteää ruuvitalttaa varmistaaksesi servomoottoreiden virran vihreän tehonsyöttöliitännän kautta.

Varmista, että kaikki liitännät ovat tiukat ja tarkista kaikki kaapelilinjat uudelleen TinkerCAD -piirimme kanssa.

Vaihe 5: Koodaus

Viimeinen vaihe ennen tämän käden käyttöönottoa on koodata Arduino. Koska tämä käsi käyttää PCA 9685 -moottoriohjainta, meidän on ensin asennettava kirjasto, joka voidaan tehdä Arduinon koodausympäristössä. Asenna asennuksen jälkeen myös IR Remote -kirjasto IR Remote -toimintoa varten.

Koodissamme jokaisen IR -kaukosäätimen painikkeen määritelmät näkyvät 8 -numeroisilla koodeilla. Nämä löydettiin käyttämällä IRRecord -ohjelmaa, joka tulostaa Serial Monitorille kunkin painikkeen 8 -numeroisen koodin.

Liitteenä on sekä IRRecord -ohjelma että viimeistelty käsiohjelma.

Sisällytä koodin alkuun kirjastot IRremote, Wire ja Adafruit_PWMServoDriver.

Käytä IRRecordin havaintojen jälkeen IR -kauko -ohjaimen kunkin painikkeen määrittämiseen. Vaikka kaikki eivät ole välttämättömiä (vain 10 tarvitaan), kaikki mahdollistavat nopean laajentamisen (toimintojen ja esiasetettujen eleiden lisääminen) tulevaisuutta varten. Luo pwm servo -ohjaintoiminnolla ja määritä servot moottorin ohjaimen nastoille. Käytä samoja SERVOMAX/MIN -arvoja kuin kuvassa. Määritä infrapuna -anturin digitaalinen tulonasta 7 ja alusta.

Ilmoita asetustoiminto alustamalla sarja, jonka siirtonopeus on 9600. Kytke IR -anturi päälle ja käynnistä servo 60 Hz: n servotaajuudella.

Luo lopuksi if/else -kytkin IR -kaukosäätimen tulevan lähetyksen perusteella silmukkatoiminnossa. Luo sitten kytkin/kotelo, jossa on jokaisen käytettävän IR -kaukosäätimen painikkeen tapaukset. Näitä voidaan muuttaa haluamillesi ohjaimille. Tulosta kussakin tapauksessa sarjanäyttöön painettu painike virheenkorjausta varten ja siirrä servoa a -silmukalla. Kun kaikki tapaukset on luotu, muista palauttaa infrapuna -anturi, jotta saat lisää signaaleja, ennen kuin suljet silmukkatoiminnon. Servojen koodaus moottorin ohjainkortin kautta löytyy osoitteesta