Moslty 3D drukāta robotu roka, kas atdarina leļļu kontrolieri: 11 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:51

Es esmu mašīnbūves students no Indijas, un šis ir My Undergrad grādu projekts.

Šis projekts ir vērsts uz zemu izmaksu robotizētas rokas izstrādi, kas pārsvarā ir iespiesta 3D formātā, un tai ir 5 DOF ar 2 pirkstu satvērēju. Robotu roka tiek kontrolēta ar leļļu kontrolieri, kas ir robota rokas darbvirsmas modelis ar tādu pašu brīvības pakāpi, kura locītavas ir aprīkotas ar sensoriem. Manipulācija ar kontrolieri ar rokām liek robotizētajai rokai imitēt kustību galvenā un verga veidā. Sistēma kā datu pārraides līdzekli izmanto ESP8266 WiFi moduli. Meistara un verga operatora saskarne nodrošina viegli apgūstamu metodi robotizētu roku manipulācijām. Nodemcu (Esp8266) tiek izmantots kā mikrokontrolleris.

Šī projekta mērķis bija izstrādāt zemu izmaksu robotu, ko var izmantot izglītojošiem mērķiem. Diemžēl šādas robotu tehnoloģijas pieejamība, kas maina revolūciju mūsdienu pasaulē, ir pieejama tikai noteiktām iestādēm. Mūsu mērķis ir izstrādāt un padarīt šo projektu atvērtu pirmkodu, lai indivīdi varētu to patstāvīgi izveidot, modificēt un izpētīt. Tā kā tas ir lēts un pilnībā atvērts avots, tas var iedvesmot līdzgaitniekus mācīties un izpētīt šo jomu.

Mani projekta biedri:

• Šubhams likhars
• Nikhils Kore
• Palash lonare

Īpašs paldies:

• Akash Narkhede
• Auns bokade
• Ankit korde

par viņu palīdzību šajā projektā.

Atruna: Es nekad neesmu plānojis rakstīt emuāru vai pamācību par šo projektu, tāpēc man nav pietiekami daudz datu, lai to dokumentētu tagad. Šīs pūles tiek veiktas ilgi pēc projekta sākuma. Tomēr es ļoti centos, lai sniegtu pēc iespējas vairāk informācijas lai padarītu to saprotamāku. dažos gadījumos tas var šķist nepabeigts … ceru, ka sapratāt:) drīzumā iekļaušu YouTube videoklipu, kurā parādīta tā darbība un citas pārbaudes lietas

1. darbība. Tātad, kā tas darbojas?

Tas man ir aizraujošākais šajā projektā.

(Es neapgalvoju, ka tā ir efektīva vai pareiza metode, lai to izmantotu komerciālos nolūkos. Tā ir paredzēta tikai izglītošanai)

jūs, iespējams, esat redzējuši lētus robotus ar servo motoriem, kas paredzēti tikai demontāžai. No otras puses, ir ērti stepper motoru roboti ar planētu pārnesumkārbu utt. Bet šis robots ir līdzsvars starp tiem.

Tātad, kā tas atšķiras?

Konstrukcija:

Tā vietā, lai izmantotu mazāku jaudu un lielus soļus, es izmantoju līdzstrāvas motorus, bet, kā mēs zinām, līdzstrāvas motoriem nav atgriezeniskās saites vadības sistēmas, un tos nevar izmantot tieši pozīcijas kontrolei, es tos pārveidoju par servodzinējiem, pievienojot potenciometru kā atgriezeniskās saites/pozīcijas sensoru.

Tagad, lai vienkāršotu darbu, ko es darīju, es izjaucu lētu 9g servo sloksni no savas shēmas un nomainīju tās līdzstrāvas motoru ar lielu griezes momenta līdzstrāvas motoru un tā mazo podu ar to, kas man bija robotam. Tas ļāva man izmantot noklusējuma bibliotēku arduino, jūs nevarat noticēt, ka daudz vienkāršota kodēšana!

Lai vadītu 12 V līdzstrāvas motoru ar 5 V servo mikroshēmu, es izmantoju L298N motora vadītāja moduli, kas vienlaikus var vadīt 2 motorus. Modulim ir 4 ieejas tapas IN1 līdz IN4, kas nosaka motora rotācijas virzienu. Ja IN1 un IN2 atbilst 1. motoram un IN3, IN4 līdz 2. motors. Tādējādi servo mikroshēmas (sākotnēji mazā līdzstrāvas motora) izejas spailes (2) ir pievienotas L298N moduļa izejai IN1 un IN2, kuras izeja ir pievienota 12 V līdzstrāvas motoram.

Darbojas:

Tādā veidā, kad motora vārpsta nav mērķa pozīcijā, potenciometrs nosūta leņķa vērtību uz servo mikroshēmu, kas komandē L298N moduli vadīt Cw vai CCW, savukārt 12 V līdzstrāvas motors griežas saskaņā ar komandu, kas saņemta no mikrokontrollera.

Shēma parādīta attēlā (tikai 1 motoram)

MŪSU LIETOJUMA KOMANDĀ (KOPĪGĀS STŪRAS VĒRTĪBAS) SŪTA PAR LELLEKONTROLIERI, KURA IR 10 reizes MĒRĶINĀTA FAKTISKĀ ROBOTA KOPIJA, UN KATRĀ VIENĪBĀ IR PIEVIENOTS POTENCIOMETRS. ROBOTS PIEVIENOJAS, KURAM KATRA KOPĪGAIS MOTORS MĒĢINĀT IEKĀRT

Katrā savienojumā potenciometrs ir savienots ar savienojuma vārpstu, izmantojot siksnas pievilkšanas mehānismus. Kad savienojums griežas, potenciometrs griežas atbilstoši un sniedz atgriezenisko saiti par savienojuma leņķa pašreizējo stāvokli (parādīts attēlos iepriekš)

2. darbība. Izmantotās sastāvdaļas:

Kā jau teicu, es joprojām strādāju un katru dienu to uzlaboju, šie komponenti dažos turpmākajos atjauninājumos var atšķirties.

mans mērķis bija padarīt to pēc iespējas ekonomiskāku, tāpēc es izmantoju ļoti selektīvus komponentus. Šis ir saraksts ar galvenajām sastāvdaļām, kuras tika izmantotas līdz šim laikam (es turpināšu to atjaunināt arī turpmāk)

1. Esp8266 (2x)
2. Līdzstrāvas motori (dažādas specifikācijas Griezes moments un ātrums, 5x)
3. L298N motora vadītāja modulis (2x)
4. Potenciometrs (8x)
5. Alumīnija kanāls (30x30, 1 metrs)
6. Dažāda aparatūra

3. solis: Aprēķini un roku dizains

Rokas projektēšanai es izmantoju programmatūru catia v5. Pirms projektēšanas procesa uzsākšanas vispirms bija jāaprēķina saišu garumi un griezes moments, kas katram savienojumam ir jāuztur.

Vispirms es sāku ar dažiem pieņēmumiem, kas ietver:

1. Robota maksimālā kravnesība būs 500 g (1,1 mārciņa)
2. kopējā robota sasniedzamība būs 500 mm
3. Robota svars nepārsniedz 3 kg.

Saites garuma aprēķini

Turpinot šo, es aprēķināju saites garumu, atsaucoties uz pētniecisko darbu "I. M. H. van Haaren" izstrādātais robotu rokas dizains

I. M. H. van Haaren sniedza lielisku piemēru tam, kā viņš noteica saišu garumus, izmantojot bioloģisko atsauci, kurā galveno ķermeņa segmentu garumi ir izteikti kā daļa no kopējā augstuma. Tas ir parādīts attēlā.

pēc aprēķiniem parādījās saišu garumi

L1 = 274 mm

L2 = 215 mm

L3 = 160 mm

Satvērēja garums = 150 mm

Griezes momenta aprēķini:

Griezes momenta aprēķināšanai izmantoju griezes momenta pamatjēdzienus un inženierzinātnē pielietotos momentus.

neiedziļinoties dinamiskos aprēķinos, dažu kontrakciju dēļ es balstījos tikai uz statiskā griezes momenta aprēķiniem.

ir divi galvenie spēlētāji i griezes moments kā T = FxR, ti, mūsu gadījumā slodze (masa) un saites garums. Tā kā saišu garumi jau ir noteikti, nākamā lieta ir noskaidrot sastāvdaļu svaru. Šajā posmā es nebiju pārliecināts, kā es varu atrast katra komponenta svaru, to faktiski nemērot.

Tātad, es veicu šos aprēķinus atkārtojumos.

1. Es pieņēmu, ka alumīnija kanāls ir vienots materiāls visā tā garumā, un sadalīju kopējo 1 metru gaļas svaru ar to garumu, kuru es izmantoju.
2. Kas attiecas uz locītavām, es pieņēmu noteiktas vērtības katram savienojumam (motora svars + 3D drukātās daļas svars + cits), pamatojoties uz kopējo robota svara pieņēmumu.
3. iepriekšējie 2 soļi man deva pirmās iterācijas savienojuma griezes momenta vērtības. Par šīm vērtībām es internetā uzzināju piemērotus motorus kopā ar citām specifikācijām un svariem.
4. Otrajā iterācijā es izmantoju sākotnējos motoru svarus (ko es uzzināju trešajā solī) un atkal aprēķināju katras locītavas statiskos griezes momentus.
5. Ja galīgās griezes momenta vērtības 4. solī bija piemērotas motoriem, kas izvēlēti 3. solī, es noslēdzu, ka citādi motors atkārto 3. un 4. darbību, līdz formulētās vērtības atbilst faktiskajām motora specifikācijām.

Roku dizains:

Tas bija visa projekta vissarežģītākais uzdevums, un tā izstrāde aizņēma gandrīz mēnesi. Starp citu, esmu pievienojis CAD modeļa fotogrāfijas. Es atstāšu saiti, lai lejupielādētu šos CAD failus kaut kur šeit:

4. solis: detaļu 3D drukāšana

Visas detaļas ir šuves, kas tiek 3D drukātas uz 99 ASV dolāru printera ar 100x100x100 mm drukas laukumu (jā, tā ir taisnība!)

printeris: Easy threed X1

Esmu iekļāvis galveno detaļu fotoattēlus no šķēlēja, un es izveidošu saiti uz visām CAD failu katalogiem, kā arī uz stl, lai jūs varētu lejupielādēt un rediģēt, kā vēlaties.

5. solis: plecu locītavas montāža (savienojums J1 un J2)

Pamatpulkste tika iespiesta uz cita printera, jo tā diametrs bija 160 mm. Es izveidoju plecu locītavu tā, lai to varētu vadīt (rotācija par z asi) ar jostas pievilkšanas vai zobrata mehānismu, ko varat redzēt pievienotajos attēlos apakšējā daļā atrodas gultņi, kas pēc tam tiek uzmontēti uz centrālās vārpstas uz platformas, kas paredzēta rokas pārvietošanai (tvertne, vairāk par to nākotnē).

Lielākais pārnesums (attēlā dzeltens) ir uzstādīts uz alumīnija kanāla ar uzgriežņu skrūvēm, caur kurām iet 8 mm tērauda vārpsta, pa kuru pārvietojas 2. savienojums. Pārnesumu attiecība 1. savienojumā ir 4: 1, bet otrā savienojumā - 3.4: 1

6. solis: elkonis un locītava (locītava J3)

(DAŽAS ATTĒLI IR PĒC BŪVES, KĀ MAN NAV PILNĪGI PROCESA ATTĒLI)

Elkoņa locītava ir viena pēc plecu locītavas. Tā ir 2 gabalu locītava, viena ir savienota, lai savienotu vienu, bet otra - saitei 2.

1. detaļai ir līdzstrāvas motors ar piedziņas zobratu, un 2. daļai ir pievienots lielāks pārnesums un gultņa pāris, kas atbalsta vārpstu. Pārnesumu attiecība ir tāda pati kā J2, ti, 3.4: 1, bet motors ir 12.5 KG-CM 60 RPM.

Savienojumam J3 ir 160 grādu kustību diapazons.

7. solis: plaukstas locītava (savienojums J4 un J5)

(DAŽAS ATTĒLI IR PĒC BŪVES, KĀ MAN NAV PILNĪGI PROCESA ATTĒLI)

Pēc elkoņa locītavas ir plaukstas locītava. Tas atkal sastāv no 2 gabaliem, viens no iepriekšējās saites (ti, 2. saite) un otrs, kas sastāv no J5 motīva, kas rotē plaukstas locītavu. Pārnesumu attiecība ir 1,5: 1, un izmantotais līdzstrāvas motors ir 10 apgriezieni minūtē 8 KG -CM.

Šim savienojumam J4 ir 90 grādu rotācijas diapazons, un J5 ir 360 grāds.

8. solis: satvērējs

Tas bija viens no grūtākajiem projektēšanas uzdevumiem. Tas tika veidots tā, lai varētu uzņemt lielāko daļu priekšmetu, kā arī varētu satvert lielāko daļu no mums apkārt esošajām lietām, piemēram, durvju aizbīdņus, rokturus, stieņus utt.

Kā parādīts attēlā, spirālveida pārnesums, kas piestiprināts pie motora, pie pārnesumiem pulksteņrādītāja virzienā vai pretēji pulksteņrādītāja virzienam, kas ir savienoti ar pirkstiem, lai tos atvērtu un aizvērtu.

Visas satvērēja daļas ir redzamas pievienotajā attēlā.

9. darbība. Leļļu kontrollera izgatavošana robotizētajai rokai

Leļļu kontrolieris ir precīza 10 reizes samazināta faktiskās robotu rokas versija. Tam ir 4 potenciometri, kas uzstādīti 4 savienojumos, proti, J1, J2, J3, J4 un savienojums J5 tiks darbināti ar spiedpogu nepārtrauktai rotācijai (satvērēja pagriešana jebkuram operācija)

potenciometri uztver savienojumu griešanās leņķi un nosūta šo vērtību no 1 līdz 1023 uz Nodemcu, kas tiek pārvērsta atpakaļ uz 1-360 un nosūtīta uz citu Nodemcu, izmantojot wifi. Tā kā ESP8266 ir tikai viena analogā ieeja, es izmantoju 4051 multipleksoru.

apmācība 4051 multipleksora lietošanai ar esp8266-https://www.instructables.com/id/How-to-Use-Multip…

shematiska diagramma:

Tiklīdz es to pabeidzu, es pievienošu shematisku diagrammu (ja kādam tas steidzami jāsazinās, līdz tam)

Kods: (iekļauts arī šeit)

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

10. solis: elektronika

Es pievienoju pašreizējā darba attēlus. Pilna elektronika un shematiskā diagramma vēl nav pabeigta. Es drīz publicēšu atjauninājumus līdz tam laikam, lai paliktu savienots:)

(Piezīme: šis projekts vēl nav pabeigts. Es turpmāk sekošu līdzi visiem atjauninājumiem)

11. darbība: kodi un shēma vienuviet

Es pabeigšu robota shēmas un galīgo kodu, tiklīdz es to pabeidzu!