DIY robota roka 6 asis (ar pakāpju motoriem): 9 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:54

Pēc vairāk nekā gadu ilgiem pētījumiem, prototipiem un dažādām neveiksmēm man izdevās izveidot dzelzs / alumīnija robotu ar 6 brīvības pakāpēm, ko kontrolē soļu motori.

Visgrūtākais bija dizains, jo es gribēju sasniegt 3 pamatmērķus:

• Zemas realizācijas izmaksas
• Viegla montāža pat ar nelielu aprīkojumu
• Laba precizitāte, pārvietojoties

Es izstrādāju 3D modeli ar Rhino vairākas reizes, līdz (manuprāt) labs kompromiss, kas atbilst 3 prasībām.

Es neesmu inženieris, un pirms šī projekta man nebija nekādas pieredzes robotikā, tāpēc pieredzējušāks cilvēks par mani varētu atrast dizaina trūkumus tajā, ko es darīju, bet joprojām varu teikt, ka esmu apmierināts ar sasniegto gala rezultātu.

Piegādes

lai iegūtu vairāk informācijas, apmeklējiet manu personīgo emuāru

1. solis: CAD dizains

Pirms nonākt pie gala modeļa, es izstrādāju vismaz 8 dažādus prototipus ar dažādām pārraides sistēmām, taču neviens nevarēja izpildīt iepriekš aprakstītās 3 prasības.

Apkopojot visu izgatavoto prototipu mehāniskos risinājumus (un arī pieņemot dažus kompromisus), iznāca galīgais modelis. Es neskaitīju stundas, ko pavadīju CAD priekšā, bet varu jums apliecināt, ka to bija patiešām daudz.

Viens aspekts, kas jāpatur prātā projektēšanas stadijā, ir tas, ka pat viens grams, kas pievienots robota plaukstas locītavas galam, tiek reizināts uz dzinēja griezes momenta pretestības rēķina pamatnē, un tāpēc tiek pievienots lielāks svars un jo vairāk motoru jāaprēķina, lai izturētu piepūli.

Lai "palīdzētu" dzinējiem izturēt stresu, es uzliku 250N un 150N gāzes virzuļus.

Es domāju samazināt izmaksas, izveidojot robotu ar lāzergrieztām dzelzs plāksnēm (C40) un alumīniju ar biezumu no 2, 3, 5, 10 mm; griešana ar lāzeru ir daudz lētāka nekā 3D metāla frēzēšana.

Pēc katra atsevišķa komponenta izstrādes es izveidoju gabalu formas.dxf formātā un nosūtīju tos uz griešanas centru. Visas pārējās sastāvdaļas es pats darināju pie virpas.

2. solis: Sagatavošana un montāža

Beidzot ir pienācis laiks sasmērēt rokas (tas man vislabāk padodas) …

Būvniecības posms ir atņēmis daudzas stundas darbu gabalu sagatavošanai, caurumu manuālai pildīšanai, savienojumiem, vītnēm un rumbu pagriešanai. Fakts, ka esmu izstrādājis katru sastāvdaļu, lai varētu strādāt tikai ar dažiem darba instrumentiem, ir radījis mani bez lieliem pārsteigumiem vai mehāniskām problēmām.

Vissvarīgākais ir nesteigties pabeigt lietas, bet būt skrupulozam un sekot katrai projekta līnijai, improvizācija šajā posmā nekad nenoved pie labiem rezultātiem.

Gultņu sēdekļu apzināšanās ir ārkārtīgi svarīga, jo katrs savienojums balstās uz tiem, un pat neliela dažu procentu spēle var apdraudēt projekta panākumus.

Es atklāju, ka jāpārtrauc tapas, jo ar virpu es biju noņēmis apmēram 5 centus mazāku par gultņa atveri, un, mēģinot to uzstādīt, spēle bija briesmīgi acīmredzama.

Rīki, kurus izmantoju visu gabalu sagatavošanai, ir šādi:

• urbšanas prese
• dzirnaviņas / dremel
• slīpakmens
• manuālais fails
• virpa
• Angļu taustiņi

Es saprotu, ka ne visiem mājās var būt virpa, un šajā gadījumā būs nepieciešams nodot gabalus specializētā centrā.

Es biju projektējis gabalus lāzera griezumā ar nedaudz bagātīgākiem savienojumiem, lai tos varētu pilnveidot ar rokām, jo, lai cik precīzs tas būtu, tas rada konisku griezumu, un tas ir būtiski jāņem vērā.

Strādājot ar failu ar rokām, katru manu savienojumu, lai radītu ļoti precīzu savienojumu starp detaļām.

Pat caurumus gultņu sēdekļos es biju padarījis mazākus un pēc tam ar dremeli ar roku un daudz (bet tiešām daudz) pacietības tos izlīdzinājis.

Visus pavedienus es ar rokām izveidoju uz urbja preses, jo tiek iegūta maksimālā perpendikulitāte starp instrumentu un gabalu. Pēc katra gabala sagatavošanas ir pienācis ilgi gaidītais patiesības brīdis, visa robota salikšana. Es biju pārsteigts, atklājot, ka katrs gabals precīzi iekļaujas otrā ar pareizām pielaidēm.

Tagad robots ir samontēts

Pirms darīt kaut ko citu, es labprātāk veicu dažus kustību testus, lai pārliecinātos, ka dzinēji ir pareizi konstruēti, ja konstatēšu problēmas ar motoriem, jo īpaši to pievilkšanas griezes momentu, es būšu spiesta pārtaisīt labu projekta daļu.

Tāpēc pēc 6 dzinēju uzstādīšanas es aizvedu smago robotu uz mansarda laboratoriju, lai to iesniegtu pirmajiem testiem.

3. darbība: pirmās kustības testi

Pēc robota mehāniskās daļas pabeigšanas es ātri samontēju elektroniku un pievienoju tikai 6 motoru kabeļus. Testa rezultāti bija ļoti pozitīvi, savienojumi kustās labi un iepriekš noteiktos leņķos, es atklāju pāris viegli atrisināmas problēmas.

Pirmā problēma attiecas uz locītavu Nr. 3 kas pie maksimālā pagarinājuma pārāk daudz pārslogoja jostu un dažkārt izraisīja pakāpienu zudumu. Šīs problēmas risinājums ir novedis pie dažādiem argumentiem, kurus mēs redzēsim nākamajā solī.

Otra problēma attiecas uz savienojuma Nr. 4, jostas vērpes risinājums nebija pārāk uzticams un radīja problēmas. Tikmēr robota dzelzs detaļas sāka veidot nelielus rūsas punktus, tāpēc ar iespēju atrisināt problēmas es izmantoju arī iespēju to nokrāsot.

4. solis: krāsošana un salikšana

Man īpaši nepatīk gleznošanas posms, bet šajā gadījumā man ir pienākums to darīt, jo man tas patīk vēl mazāk.

Uz gludekļa es vispirms uzliku grunti, kas kalpo par fonu sarkanajai fluo krāsai.

5. darbība: kļūdu labošana N.1

Pēc testa rezultātiem man bija jāveic dažas izmaiņas, lai uzlabotu robota precizitāti. Pirmā modifikācija attiecas uz savienojumu Nr. 3, jo īpaši, ja tas bija visnelabvēlīgākajā stāvoklī, izraisīja pārmērīgu jostas saķeri un līdz ar to dzinējs vienmēr bija stress. Risinājums bija palīdzēt, pieliekot spēku, kas ir pretējs rotācijas virzienam.

Es pavadīju veselas naktis, domājot par to, kas varētu būt labākais risinājums, visu vēlreiz nedarot. Sākotnēji es domāju izmantot lielu vērpes atsperi, bet, meklējot tiešsaistē, neatradu neko apmierinošu, tāpēc es izvēlējos gāzes virzuli (kā jau biju paredzējis savienojumam Nr. 2), bet man vēl bija jāizlemj, kur to novietot, jo es nebija pietiekami daudz vietas.

Nedaudz atmetot estētiku, es nolēmu, ka labākā vieta virzuļa novietošanai ir uz sāniem.

Es veicu aprēķinus par nepieciešamo virzuļa jaudu, ņemot vērā punktu, kurā tam bija jāpieliek spēks, un tad es ebay pasūtīju 150 N virzuļa garu 340 mm, tad es izveidoju jaunos balstus, lai to varētu salabot.

6. darbība: kļūdu labošana N.2

Otrās izmaiņas attiecas uz locītavu Nr. 4 kur sākotnēji biju plānojis transmisiju ar savītu jostu, bet sapratu, ka atstarpes ir samazinātas un josta nedarbojas tik labi, kā cerēts.

Es nolēmu pilnībā pārtaisīt visu locītavu, projektējot plecus tā, lai motors attiecībā pret tiem saņemtu paralēlu virzienu. Ar šo jauno modifikāciju tagad josta darbojas pareizi, un to ir arī vieglāk savilkt, jo esmu izstrādājis atslēgu sistēmu, lai viegli nospriegtu jostu.

7. solis: elektronika

Motora vadības elektronika ir tāda pati, ko izmanto klasiskajam 3 asu CNC ar atšķirību, ka ir vēl 3 vadītāji un vēl 3 motori, ko vadīt. Visas asu vadības loģiku aprēķina lietojumprogramma, un elektronikai ir vienīgais uzdevums instrukciju saņemšana par to, cik grādiem motoriem būs jāgriežas, lai savienojums nesasniegtu vēlamo stāvokli.

Daļas, kas veido elektroniku, ir šādas:

• Arduino Mega
• n. 6 vadītājs DM542T
• n. 4 Relè
• n. 1 24V barošanas avots
• n. 2 solenoīda vārsti (pneimatiskajam skavai)

Arduino es ielādēju skici, kas nodarbojas ar motoru kustību, piemēram, paātrinājuma, palēninājuma, ātruma, soļu un maksimālo ierobežojumu, vienlaicīgu pārvaldību un ir ieprogrammēta, lai saņemtu komandas, kas jāizpilda, izmantojot seriālo (USB).

Salīdzinot ar profesionālajiem kustības kontrolieriem, kas var maksāt līdz pat vairākiem tūkstošiem eiro, Arduino savā mazajā veidā sevi aizsargā pārāk acīmredzami pārāk sarežģītas darbības, nespēj pārvaldīt, piemēram, daudzšķiedru, kas ir noderīga, it īpaši, ja jums vienlaikus jāpārvalda vairāki dzinēji..

8. darbība. Apsvērumi saistībā ar programmatūru

Katram robotam ir sava forma un dažādi kustības leņķi, un kinemātika katram ir atšķirīga. Šobrīd, lai veiktu testus, es izmantoju Krisa Annina programmatūru (www.anninrobotics.com), bet viņa robotam uzrakstītā matemātika ne visai atbilst manai, patiesībā dažas darba zonas daļas, kuras es nevaru sasniegt tos, jo stūru aprēķini nav pilnīgi.

Annina programmatūra ir piemērota eksperimentēšanai, bet man būs jāsāk domāt par savas programmatūras rakstīšanu, kas 100% atbilst mana robota fizikai. Es jau esmu sācis veikt dažus testus, izmantojot Blender un rakstot kustības kontroliera Python daļu, un šķiet, ka tas ir labs risinājums, ir daži aspekti, kas jāattīsta, taču šo kombināciju (Blender + Ptyhon) ir ļoti viegli ieviest, jo īpaši tas ir viegli plānot un simulēt kustības bez robota priekšā.

9. solis: pneimatiskā skava

Lai varētu nogādāt objektus robotam, esmu to aprīkojis ar pneimatisko skavu.

Personīgi man nepatīk knaibles ar servo, tie nedod man lielu pārliecību par blīvējumu, tāpēc es domāju, ka pneimatiskais knaibles, kas īpaši pielāgo spiedienu, varētu apmierināt visas vajadzības.

Ar kvadrātveida alumīnija profiliem es pārveidoju skavu, lai ņemtu gan mazus, gan lielus priekšmetus.

Vēlāk, kad atradīšu laiku, apkopošu visu informāciju par projektu, lai varētu to lejupielādēt.

Es ceru, ka jums patika šī pamācība.