Moslty 3D-trükitud robotkäsi, mis jäljendab nukukontrollerit: 11 sammu (koos piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:46

Olen masinaehituse üliõpilane Indiast ja see on minu alamkraadi projekt.

See projekt keskendub odava robotkäe arendamisele, mis on enamasti 3D -trükitud ja millel on 5 DOF -i ja 2 sõrmega haarats. Robotkäsi juhitakse nukukontrolleriga, mis on sama vabadusastmega robotkäe töölaua mudel, mille liigendid on varustatud anduritega. Kontrolleriga käsitsi manipuleerimine paneb robotkäe jäljendama liikumist master-slave viisil. Süsteem kasutab andmeedastusmeediumina ESP8266 WiFi moodulit. Ülem-alam-operaatoriliides pakub hõlpsasti õpitavat meetodit käsivarrega manipuleerimiseks. Mikrokontrollerina kasutatakse Nodemcu (Esp8266).

Selle projekti eesmärk oli odavate robotite väljatöötamine, mida saab kasutada hariduslikel eesmärkidel. Kahjuks on sellise kaasaegse maailma revolutsioonilise robotitehnoloogia kättesaadavus piiratud ainult teatud asutustega. Meie eesmärk on arendada ja muuta see projekt avatud lähtekoodiga, et inimesed saaksid seda ise muuta, muuta ja uurida. Olles odav ja täielikult avatud lähtekoodiga, võib see innustada kaasõpilasi seda valdkonda õppima ja uurima.

Minu projektikaaslased:

• Shubham likhar
• Nikhil Kore
• Palash lonare

Eriline tänu:

• Akash Narkhede
• Ram bokade
• Ankit korde

nende abi eest selles projektis.

Vastutusest loobumine: ma ei plaaninud kunagi selle projekti kohta blogi kirjutada ega juhendada, mistõttu mul pole praegu selle dokumenteerimiseks piisavalt andmeid. Seda jõupingutust tehakse kaua pärast projekti algust. Siiski proovisin ma väga palju, et tuua võimalikult palju üksikasju et see oleks arusaadavam. võib juhtuda, et see on mõnel hetkel puudulik … loodan, et saate aru:) lisan varsti youtube'i video, mis näitab selle toimimist ja muud testitavat

Samm: kuidas see toimib?

See on minu jaoks selle projekti juures kõige põnevam.

(Ma ei väida, et see on tõhus või õige meetod selle kasutamiseks ärilistel eesmärkidel. See on mõeldud ainult hariduslikel eesmärkidel)

olete võib -olla näinud odavaid servomootoritega roboteid, mis on mõeldud ainult demonteerimiseks. Teisest küljest on olemas ülitäpsed planeetilise käigukastiga samm -mootorirobotid jne. Kuid see robot on nende vahel tasakaal.

nii, kuidas see erineb?

Ehitus:

Väiksema võimsuse ja kallite samm -mootorite kasutamise asemel kasutasin ma alalisvoolumootoreid, kuid nagu me teame, ei ole alalisvoolumootoritel tagasiside juhtimissüsteemi ja neid ei saa otse positsiooni juhtimiseks kasutada, teisendasin need servomootoriteks, lisades tagasiside/asendiandurina potentsiomeetri.

Nüüd lihtsustasin töö tegemiseks seda, mida ma tegin, demonteerisin odavad 9g servosid oma vooluringist välja ja asendasin selle alalisvoolumootori suure pöördemomendiga alalisvoolumootoriga ja selle väikese poti sellega, mis mul oli roboti jaoks. See võimaldas mul kasutada vaikeraamatukogu arduino, sa ei suuda seda lihtsustatud kodeerimist palju uskuda!

12 V alalisvoolumootori juhtimiseks 5 V servo -kiibiga i kasutasin L298N mootori draiverimoodulit, mis võib juhtida 2 mootorit samaaegselt. Moodulil on 4 sisendpistikut IN1 kuni IN4, mis otsustab mootori pöörlemissuuna. Kui IN1 ja IN2 vastavad 1. mootorile ja IN3, IN4 kuni 2. mootor. Seega on servokiibi (algselt väikese alalisvoolumootori) väljundklemmid (2) ühendatud L298N mooduli väljundiga IN1 ja IN2, mille väljund on ühendatud 12V alalisvoolumootoriga.

Töötamine:

Sel viisil, kui mootori võll ei ole sihtasendis, saadab potentsiomeeter nurkväärtuse servokiibile, mis käsib moodulil L298N juhtida kas Cw või CCW 12V alalisvoolumootorit vastavalt mikrokontrollerilt saadud käsule.

Skeem on näidatud joonisel (ainult 1 mootor)

MEIE JUHTUMIL (ÜHISED NURKVÄÄRTUSED) SAADETAKSE NUKKONTROLLERI KOHTA, KUI ON 10 KORDA TEGELIKU ROBOTI ALLA MÕÕDUD KOOPIA JA ON POTENTIOMEETRIGA ÜHENDI ÜHENDATUD. ROBOT ÜHISTAB, MILLEGA ÜHINE LIIGMOOTOR ÜRITAB HAKKAMISEKS

Igas liigendis ühendatakse potentsiomeeter liigendvõlli külge turvavöö mehhanismide abil. Kui liigend pöörleb, pöörleb potentsiomeeter vastavalt ja annab tagasisidet liigendinurga hetkeasendi kohta (näidatud ülaltoodud piltidel)

2. samm: kasutatud komponendid:

Nagu ma ütlesin, töötan ja parandan seda päevast päeva, võivad need komponendid mõne tulevase värskenduse puhul erineda.

minu eesmärk oli muuta see võimalikult ökonoomseks, seega kasutasin väga selektiivseid komponente. See on nimekiri peamistest komponentidest, mida kasutati kuupäevaks (uuendan seda tulevikus)

1. Esp8266 (2x)
2. Alalisvoolumootorid (erineva spetsifikatsiooniga Pöördemoment ja kiirused, 5x)
3. L298N mootori draiverimoodul (2x)
4. Potentsiomeeter (8x)
5. Alumiiniumkanal (30x30, 1 meeter)
6. mitmesugune riistvara

3. samm: arvutused ja käe disain

Käe projekteerimisel kasutasin tarkvara catia v5. Enne projekteerimisprotsessi alustamist tuli kõigepealt välja arvutada lüli pikkus ja pöördemoment, mida iga liigend peab säilitama.

Alustuseks tegin mõned eeldused, sealhulgas:

1. Roboti maksimaalne kandevõime on 500 g (1,1 naela)
2. Roboti koguulatus on 500 mm
3. Roboti kaal ei ületa 3 kg.

Lingi pikkuse arvutused

Jätkates sellega, arvutasin lingi pikkuse, viidates uurimistööle "Robotikäe disain I. M. H. van Haaren"

I. M. H. van Haaren tõi suurepärase näite sellest, kuidas ta määras sidemete pikkused, kasutades bioloogilist võrdlusalust, milles peamiste kehaosade pikkused on väljendatud murdosana kogu kõrgusest. See on näidatud joonisel fig.

pärast arvutusi tuli linkide pikkused välja

L1 = 274 mm

L2 = 215 mm

L3 = 160 mm

Haaratsi pikkus = 150 mm

Pöördemomendi arvutused:

Pöördemomendi arvutamisel kasutasin pöördemomendi ja inseneritehnikas rakendatavate momentide põhimõisteid.

ilma dünaamilistesse arvutustesse laskumata toetusin mõnede piirangute tõttu ainult staatilise pöördemomendi arvutustele.

seal on 2 peamist mängijat, kelle pöördemoment on T = FxR, st meie puhul koormus (mass) ja lingi pikkus. Kuna linkide pikkused on juba kindlaks määratud, on järgmine asi komponentide kaalu väljaselgitamine. Selles etapis ei olnud ma kindel, kuidas seda leida iga komponendi kaalu ilma seda tegelikult mõõtmata.

Niisiis, tegin need arvutused iteratsioonides.

1. Eeldasin, et alumiiniumkanal on kogu pikkuses ühtlane materjal ja jagasin 1 -meetrise piprakaalu kaaluga, mida hakkasin kasutama.
2. Liigendite osas eeldasin iga liigendi jaoks teatud väärtusi (mootori kaal + 3D trükitud osa kaal + muu), mis põhineb roboti kogumassi eeldusel.
3. eelmised 2 sammu andsid mulle esimese iteratsiooni liigendmomendi väärtused. Nende väärtuste jaoks leidsin Internetist sobivad mootorid koos muude spetsifikatsioonide ja kaaludega.
4. Teises iteratsioonis kasutasin mootorite algseid raskusi (millest sain teada kolmandas etapis) ja arvutasin uuesti iga liigendi staatilised pöördemomendid.
5. Kui 4. etapi lõplikud pöördemomendi väärtused sobisid 3. etapis valitud mootoritele, lõpetasin, et vastasel korral korrake mootorit 3. ja 4., kuni sõnastatud väärtused vastavad mootori tegelikule spetsifikatsioonile.

Käe disain:

See oli kogu selle projekti kõige hoolikam ülesanne ja selle väljatöötamiseks kulus peaaegu kuu aega. Muide, olen lisanud CAD -mudeli fotosid. Jätan lingi nende CAD -failide allalaadimiseks kuskile siia:

Samm: osade 3D -printimine

Kõik osad on liigesed 3D -trükitud 99 -dollarise printeriga, mille prindiala on 100x100x100 mm (jah, see on tõsi !!)

printer: lihtne kolmekordne X1

Olen lisanud peamiste osade fotod lõikurist välja ja lingin kõikide osade CAD -failide kataloogi ja stl -i, et saaksite oma soovi järgi alla laadida ja redigeerida.

5. samm: õlaliigese kokkupanek (ühenduskoht J1 ja J2)

Aluspulber trükiti teisele printerile, kuna selle läbimõõt oli 160 mm. Ma kujundasin õlaliigese selliselt, et seda saaks juhtida (pöörlemine z -telje ümber) kas rihma- või hammasrattaga, mida näete lisatud piltidel eespool. alumine osa on koht, kus laagrid sobivad, mis seejärel paigaldatakse keskvõllile platvormile, mis on ette nähtud käe liigutamiseks (paak, rohkem sellest tulevikus).

Suurem käik (pildil kollane) on paigaldatud alumiiniumkanalile mutripoltidega, mille kaudu 8 mm terasvõll läbib, millest liigend 2 liigub. Esimese liigendi ülekandearv on 4: 1 ja teise liigendi 3,4: 1

6. samm: küünarnukk ja liiges (liiges J3)

(MÕNED PILDID ON HILJEM EHITATUD, KUI MUL EI OLE TÄIELIKUD PROTSESSIPILDID)

Küünarliiges on järgmine pärast õlaliigest. See on kaheosaline liigend, millest üks on ühendatud ühe ja teine lingiga 2.

Tükil 1 on ajammootoriga alalisvoolumootor ja tükil 2 on suurem hammasratas ja võlli toetav laagripaar. Ülekandearv on sama mis J2-l, st 3,4: 1, kuid mootor on 12,5 KG-CM 60 p / min.

Liigendil J3 on 160 kraadi liikumisvahemik.

7. samm: randme liiges (liigesed J4 ja J5)

(MÕNED PILDID ON HILJEM EHITATUD, KUI MUL EI OLE TÄIELIKUD PROTSESSIPILDID)

Pärast küünarliigendit on randme liiges. See koosneb jällegi kahest osast, millest üks on eelmisel lingil (st lingil 2) ja teine koosneb J5 -motiivist, mis pöörab randmeosa. Käigukaste suhe on 1,5: 1 ja alalisvoolumootor on 10 pööret minutis 8 KG -CM.

See liigend J4 pöörleb 90 kraadi ja J5 360 kraadi.

8. samm: haarats

See oli üks raskemaid projekteerimisülesandeid. See oli konstrueeritud nii, et see suudab valida enamiku esemeid ja haarata enamiku meid ümbritsevate asjade, nagu ukselukud, käepidemed, vardad jne.

Nagu pildil näidatud, ajab mootori külge kinnitatud spiraalne käik hammasrattaid päripäeva või vastupäeva, mis on sõrmedega ühendatud nende avamiseks ja sulgemiseks.

Kõik haaratsi osad on näidatud lisatud pildil.

9. samm: robotkäe jaoks nukukontrolleri valmistamine

Nukukontroller on tegeliku robotkäe täpne 10 korda vähendatud versioon. Sellel on 4 potentsiomeetrit, mis on paigaldatud neljale liigendile, nimelt J1, J2, J3, J4 ja liigend J5, mida kasutatakse pideva pöörlemise nupuga (haaratsi pöörlemine mis tahes operatsioon)

potentsiomeetrid tajuvad liigeste pöördenurka ja saadavad selle väärtuse vahemikus 1-1023 Nodemcu, mis teisendatakse tagasi numbriks 1-360 ja saadetakse wifi kaudu teise Nodemcu. Kuna ESP8266-l on ainult üks analoogsisend, kasutasin 4051 multiplekserit.

õpetus 4051 multiplekseri kasutamiseks esp8266-ga-https://www.instructables.com/id/How-to-Use-Multip…

skemaatiline diagramm:

Lisan skemaatilise diagrammi niipea, kui olen selle lõpetanud (kui kellelgi seda vaja on, võtke minuga kiiresti ühendust)

Kood: (sisaldub ka siin)

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

10. samm: elektroonika

Lisan pilte praegusest tööst. Täielik elektroonika ja skemaatiline diagramm pole veel lõpule jõudnud. Postitan värskendused peagi, kuni olete ühenduses:)

(Märkus: see projekt pole veel lõpule viidud. Jätkan tulevikus värskendusi)

Samm: koodid ja skeem ühes kohas

Täidan roboti skeemid ja lõpliku koodi niipea, kui olen selle lõpetanud!