DIY robotkäepide 6 teljega (samm -mootoritega): 9 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:47

Pärast enam kui aastat kestnud õpinguid, prototüüpe ja erinevaid ebaõnnestumisi õnnestus mul ehitada rauast / alumiiniumist robot, millel on 6 vabadusastet, mida juhivad samm -mootorid.

Kõige keerulisem osa oli disain, sest tahtsin saavutada 3 põhieesmärki:

• Madalad realiseerimiskulud
• Lihtne kokkupanek isegi väikese varustusega
• Hea täpsus liikumisel

Kujundasin 3D mudelit koos Rhinoga mitu korda, kuni (minu arvates) hea kompromiss, mis vastab 3 nõudele.

Ma ei ole insener ja enne seda projekti polnud mul robootika alal kogemusi, nii et minust kogenum inimene võiks leida oma tegevuses disainivigu, kuid võin siiski öelda, et olen lõpptulemusega rahul.

Tarvikud

lisateabe saamiseks külastage minu isiklikku ajaveebi

1. samm: CAD -disain

Enne lõpliku mudeli juurde jõudmist kavandasin vähemalt 8 erinevat prototüüpi erinevate ülekandesüsteemidega, kuid ükski neist ei suutnud täita kolme ülalkirjeldatud nõuet.

Kõigi tehtud prototüüpide mehaaniliste lahenduste kokkupanek (ja ka mõningate kompromisside aktsepteerimine) tuli välja lõplik mudel. Ma ei lugenud CAD ees veedetud tunde kokku, kuid võin teile kinnitada, et neid oli tõesti palju.

Üks aspekt, mida projekteerimisetapis silmas pidada, on see, et isegi üksainus gramm, mis on lisatud roboti randmeotsale, korrutatakse aluses olevate mootorite pöördemomendi takistuse arvelt ja seetõttu lisatakse rohkem kaalu ja seda rohkem mootoreid tuleb pingutuse talumiseks arvutada.

Et "aidata" mootoritel pinget taluda, panin gaasikolvid 250N ja 150N.

Mõtlesin kulusid vähendada, luues roboti laserlõigatud raudplaatidega (C40) ja alumiiniumiga paksusega 2, 3, 5, 10 mm; laserlõikamine on palju odavam kui 3D metalli freesimine.

Pärast iga üksiku komponendi kujundamist tegin tükkide kujud.dxf -vormingus ja saatsin lõikekeskusesse. Kõik ülejäänud komponendid valmistati treipingi juures ise.

2. etapp: ettevalmistamine ja kokkupanek

Lõpuks on aeg oma käed määrduda (see on see, mida ma kõige paremini teen) …

Ehitusetapp on võtnud palju tunde tööd tükkide ettevalmistamiseks, aukude käsitsi viilimiseks, vuukideks, keermeteks ja rummude treimiseks. Asjaolu, et olen projekteerinud iga komponendi, et saaksin töötada vaid mõne tööriistaga, on põhjustanud mulle suuri üllatusi ja mehaanilisi probleeme.

Kõige tähtsam on mitte kiirustada asjade lõpetamisega, vaid olla hoolikas ja järgida projekti igat joont. Selles etapis ei vii improviseerimine kunagi heade tulemusteni.

Kandvate istmete mõistmine on äärmiselt oluline, sest iga liigend toetub neile ja isegi väike mõneprotsendiline mäng võib projekti edukuse ohtu seada.

Leidsin, et pean nööpnõelad uuesti tegema, sest treipingi abil olin eemaldanud laagriaugust umbes 5 senti väiksema ja kui seda paigaldada proovisin, oli mäng koletult ilmne.

Vahendid, mida kasutasin kõigi tükkide valmistamiseks, on järgmised:

• puuripress
• veski / dremel
• lihvkivi
• manuaalne fail
• treipink
• Inglise võtmed

Mõistan, et kõigil ei saa kodus treipinki olla ja sel juhul tuleb tükid tellida spetsialiseeritud keskusesse.

Olin kavandanud tükid laserlõikamiseks veidi rikkalikumate liigestega, et oleks võimalik neid käsitsi täiustada, sest laser, olgu see nii täpne kui tahes, tekitab koonilise lõike ja see on hädavajalik.

Viiliga käsitsi töötamine iga tehtud vuugi puhul, et luua osade vahel väga täpne ühendus.

Isegi augud laagrite istmetes olin teinud väiksemaks ja siis dremeliga käsitsi riivinud ja palju (aga tõesti palju) kannatust.

Kõik niidid tegin käsitsi puuripressil, kuna saadakse maksimaalne risti instrumendi ja tüki vahel. Pärast iga tüki ettevalmistamist on saabunud kauaoodatud tõehetk, kogu roboti kokkupanek. Olin üllatunud, kui avastasin, et iga tükk sobis õigete tolerantsidega täpselt teise.

Nüüd on robot kokku pandud

Enne kui midagi muud tegema hakkasin, eelistasin teha mõned liikumistestid, et veenduda, kas mootorid on korralikult konstrueeritud, kui leian mootoritega probleeme, eriti nende pingutusmomenti, olen sunnitud hea osa projektist ümber tegema.

Nii et pärast 6 mootori paigaldamist viisin raske roboti pööningulaborisse, et see esimestele katsetele esitada.

3. samm: esimesed liikumistestid

Pärast roboti mehaanilise osa lõpetamist panin kiiresti elektroonika kokku ja ühendasin ainult 6 mootori kaablid. Katsetulemused olid väga positiivsed, liigesed liiguvad hästi ja eelnevalt kindlaksmääratud nurkades avastasin paar hõlpsasti lahendatavat probleemi.

Esimene probleem puudutab liigendit nr. 3, mis maksimaalse pikenduse korral koormas vööd liiga palju ja põhjustas mõnikord sammude kaotuse. Selle probleemi lahendus on viinud mind erinevate argumentideni, mida näeme järgmises etapis.

Teine probleem puudutab ühist nr. 4, ei olnud turvavöö väände lahendus liiga usaldusväärne ja tekitas probleeme. Vahepeal hakkasid roboti raudosad tekitama väikseid roostepunkte, nii et võimalusega probleeme lahendada kasutasin ka võimalust seda värvida.

Samm: värvimine ja kokkupanek

Mulle ei meeldi eriti värvimisfaas, kuid sel juhul olen kohustatud seda tegema, sest mulle meeldib see veelgi vähem.

Triikrauale panin esmalt krundi, mis toimib punase fluo -värvi taustana.

Samm 5: Veaparandus N.1

Pärast katsetulemusi pidin tegema mõningaid muudatusi, et parandada roboti täpsust. Esimene muudatus puudutab liigendit nr 3 eriti siis, kui see oli kõige ebasoodsamas olukorras, avaldas turvavööle liiga suurt tõmmet ja järelikult oli mootor alati töökorras stress. Lahendus oli aidata, rakendades pöörlemissuunale vastupidist jõudu.

Mõtlesin terve öö, et mõelda, mis võiks olla parim lahendus, ilma et peaksin kõike uuesti tegema. Algselt mõtlesin suure väändevedru pealekandmist, kuid veebist vaadates ei leidnud ma midagi rahuldavat, nii et valisin gaasikolvi (nagu olin juba kavandanud liigendile nr 2), kuid pidin siiski otsustama, kuhu see paigutada, sest polnud piisavalt ruumi.

Loobudes natuke esteetikast, otsustasin, et parim koht kolvi paigutamiseks on külg.

Tegin arvutused kolvi vajaliku võimsuse kohta, arvestades punkti, kus see pidi jõudu avaldama, ja siis tellisin ebaylt 150 N kolvi pikkusega 340 mm, seejärel kavandasin uued toed selle parandamiseks.

Samm 6: Veaparandus N.2

Teine muudatus puudutab ühist nr. 4 kus ma algselt olin planeerinud ülekande väänatud rihmaga, kuid mõistsin, et ruumid olid vähenenud ja rihm ei töötanud nii hästi, kui lootsin.

Otsustasin kogu liigendi täielikult ümber teha, kujundades õlad nii, et mootor oleks nende suhtes paralleelses suunas. Selle uue modifikatsiooniga töötab nüüd rihm õigesti ja seda on ka kergem pingutada, kuna olen konstrueerinud võtmesüsteemi, mis võimaldab rihma kergesti pingutada.

7. samm: elektroonika

Mootori juhtimise elektroonika on sama, mida kasutatakse klassikalise 3-teljelise CNC puhul, selle erinevusega, et hallata on veel 3 juhti ja veel 3 mootorit. Rakendus arvutab kõik telgede juhtimisloogika, elektroonika on ainus ülesanne saada juhiseid selle kohta, mitu kraadi mootorid peavad pöörlema, et vuuk ei jõuaks soovitud asendisse.

Elektroonika osad on järgmised:

• Arduino Mega
• n. 6 juht DM542T
• n. 4 Relè
• n. 1 24V toide
• n. 2 solenoidventiili (pneumaatilise klambri jaoks)

Arduinole laadisin eskiisi, mis käsitleb mootorite liikumiste, nagu kiirendus, aeglustus, kiirus, sammud ja maksimaalsed piirid, samaaegset haldamist ning on programmeeritud vastu võtma käske, mida tuleb täita jada (USB) kaudu.

Võrreldes professionaalsete liikumiskontrolleritega, mis võivad maksta kuni mitu tuhat eurot, kaitseb Arduino omal moel liiga ilmselgelt liiga keerukaid toiminguid, mida ta ei suuda hallata, näiteks mitme kihi kasulikkust, eriti kui peate korraga juhtima mitut mootorit..

8. samm. Tarkvara kaalutlused

Igal robotil on oma kuju ja erinevad liikumisnurgad ning nende kinemaatika on erinev. Hetkel kasutan testide läbiviimiseks Chris Annini tarkvara (www.anninrobotics.com), kuid tema roboti jaoks kirjutatud matemaatika ei sobi ideaalselt minu omaga, tegelikult ei pääse ma mõnele tööpiirkonnale neid, sest nurkade arvutused pole täielikud.

Annini tarkvara sobib nüüd katsetamiseks, kuid ma pean hakkama mõtlema oma tarkvara kirjutamisele, mis sobib 100% minu roboti füüsikaga. Olen juba hakanud tegema mõningaid teste Blenderi abil ja kirjutama liikumiskontrolleri Pythoni osa ja see tundub hea lahendus, mõned aspektid tuleb välja töötada, kuid seda kombinatsiooni (Blender + Ptyhon) on väga lihtne rakendada, eriti lihtne planeerida ja simuleerida liigutusi ilma, et robot oleks teie ees.

9. samm: pneumaatiline klamber

Robotile esemete viimiseks olen varustanud selle pneumaatilise klambriga.

Mulle isiklikult ei meeldi servotangid, need ei anna mulle tihendi suhtes palju enesekindlust, nii et arvasin, et spetsiaalselt rõhku reguleeriv pneumaatiline tang võib rahuldada kõiki vajadusi.

Ruudukujuliste alumiiniumprofiilidega muutsin klambrit nii väikeste kui ka suurte esemete jaoks.

Hiljem, kui aega leian, kogun kogu projekti kohta teabe, et saaksin selle alla laadida.

Loodan, et teile meeldis see õpetlik.